Se ha denunciado esta presentación.
Utilizamos tu perfil de LinkedIn y tus datos de actividad para personalizar los anuncios y mostrarte publicidad más relevante. Puedes cambiar tus preferencias de publicidad en cualquier momento.

Rüzgar Enerjisi

6.216 visualizaciones

Publicado el

#wind #energy

Publicado en: Ingeniería
  • Sé el primero en comentar

Rüzgar Enerjisi

  1. 1. RÜZGÂR ENERJİSİ VE RÜZGÂR TÜRBİNLERİ BĠL101 Bitirme Projesi Ömer Said ERDOĞAN 11060335 Ondokuz Mayıs Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Aralık 2011 1
  2. 2. ÖZET Fosil esaslı yakıtların çevreye verdiği zararlar ve kaynaklarınınsınırlı olması nedeniyle baĢlatılan enerji kaynaklarını araĢtırma çalıĢma-ları, insanoğlunun, tarihin en eski çağlarından beri önce su üzerindekiaraçların hareket ettirilmesinde, daha sonra da yel değirmenlerinde kut-landıkları rüzgâr enerjisinden çağımızda en çok kullanılan enerji türüolan elektrik enerjisi üretiminde yararlanma çalıĢmalarına baĢlamasınaneden olmuĢtur. Özellikle elektrik Ģebeke hatlarının çekilmesinin pahalıya malolduğu uzak bölgelerde enerji ihtiyacının karĢılanmasına ekonomik çö-zümler getiren rüzgâr enerjisi uygulamaları yıl boyunca rüzgâr rejimininuygun olduğu bölgelerde Ģebekeye enerji temini konusunda da istikbalvaat etmektedir. Bu makalede rüzgâr enerjisi ve bundan yararlanma Ģe-killeri ve rüzgâr türbinleri konusunda temel bilgiler verilerek, ülkemiz-deki potansiyeline dikkat çekilmeye çalıĢılmıĢtır. SUMMARY However, the wind energy is used from ancient times as a drivingforce for vehicles on water and for windmills, the studies on thealternative energy sources because of environmental disadvantages andlimited capacity of fossil sources had slated to investigate the possibilityto use the wind energy for production of electricity, most widely usedenergy type in modern world. Especially for the remote areas where thecost of electrical network connections are high, the build energy submiteconomical solutions. By wind power, the electrical energy can besupplied for network at regions where the wind regime has a reasonabledegree ever the year in this an idea wind energy, its utilisation methods,and wind turbines are investigated and the potential for Türkiye has beendiscussed. 2
  3. 3. TEŞEKKÜR Bu projenin çeĢitli aĢamalarında yardım ve desteklerinden dolayıdanıĢmanım Yrd.Doç.Dr. Ġbrahim KELEġ’e en içten duygularımla te-Ģekkürü bir borç bilirim. Hepsinden çok daha önemlisi, anne ve babamı ve de TürkiyeCumhuriyeti Devletinin öğrenimimin her aĢamasında bana karĢılıksızolarak sağladıları imkanlardan dolayı Ģükranla anıyorum. 3
  4. 4. İçindekilerÖzet ……………………………..………………………………………2Summary ………………………………………………………………..2TeĢekkür ………………………………………………………………...3GiriĢ…………………………………………………………………….. 61. Rüzgar Enerjisi……………………………………………………….72. Rüzgâr Hızının Dağılımı……………………………………………...73. Rüzgar Türbinleri……………………………………………………..83.1. Rüzgar Türbinlerinin Sınıflandırılması……………………………..93.1.1. Yatay Eksenli Türbinler ………………………………………….93.1.2. DüĢey Eksenli Türbinler ………………………………………...103.1.3. Darrieus Tipi …………………………………………………....103.1.4. Savonius Tipi ……………………………………………………113.2. Rüzgâr Gücü Hesabı……………………………………………….113.2.1. Rüzgârdaki Mümkün Güç Miktarı………………………………114. Elektrik Üretimi……………………………………………………...124.1. ġebeke Yönetimi…………………………………………………..134.2. Kapasite Faktörü…………………………………………………..134.3. Etki………………………………………………………………...144.4. Kesintiler ve Etki Sınırları………………………………………....155. Rüzgar Tarlaları……………………………………………………...155.1. Yer Planı…………………………………………………………...15 4
  5. 5. 5.2. Yükseklik………………………………………………………….165.3. Rüzgâr park etkisi………………………………………………….165.4. Çevresel ve Estetik Etkiler………………………………………...165.5. Güç Ģebekesindeki etki…………………………………………….176. Türbin YerleĢimi…………………………………………………….176.1. Türbin YerleĢim Türleri…………………………………………...186.1.1. Karada …………………………………………………………..186.1.2. Sahilde …………………………………………………………..186.1.3. Denizde ………………………………………………………….186.1.3.1. Zemin Etütlü, Temel Altyapı Kule Teknolojileri……………..196.1.3.2. Su Altı, Yüzen Türbin Teknolojileri …………………………196.1.4. Havada …………………………………………………………..197. Dünyadaki Durum…………………………………………………...19 5
  6. 6. GİRİŞ Rüzgârdan yararlanarak enerji üretiminin geçmiĢi 7. yüzyıla kadardayanır. Ġlk olarak Ġranlıların rüzgâr değirmenleri yaptıkları bilinmekte-dir. Rüzgâr türbinleri Avrupaya 11-13. yüzyıllar arasında meydana gelenHaçlı Seferleri sırasında geçmiĢtir. Danimarkada ilk türbin 1259 tarihin-de inĢa edilmiĢtir. Daha sonra çok büyük bir kullanım sahası bulan butürbinler sayesinde Hollanda yel değirmenleri ülkesi olarak anılmayabaĢlanmıĢtır. Moderrn türbinler konusunda ilk çalıĢmalar Danimarkalı Dane PaulLa Cour tarafından 1890 yılında baĢlatılmıĢ ve bu sayede Danimarkarüzgâr türbinlerinin kâĢifi sayılmıĢtır. Rüzgâr enerjisi yenilebilir enerjikaynaklan arasında sayılmaktadır. Endüstri devrimi sırasında diğer kay-naklardan ucuz enerji elde edilmesi nedeniyle yerini diğer kaynaklarabırakmıĢtır. Petrol krizi sonrasında rüzgâr enerjisi su pompalama ve uzakyerleĢim yerlerindeki enerji ihtiyacını karĢılamak amacıyla yeniden gün-deme gelmiĢ; Ģu anda da çevre ile ilgili endiĢeler ve alıĢılmıĢ enerji üre-tim yöntemlerinin sebep olduğu çeĢitli olaylar nedeniyle canlanmıĢtır. Rüzgâr enerjisinin bir uygulama alanı da su pompalama sistemleri-dir. Geçen yüzyılda ve bu yüzyılın birinci yansında geniĢ çapta kullanı-lan rüzgâr pompaj sistemlerinde geçmiĢ yıllarda oldukça ani düĢüĢlerolmuĢ ve neticede rüzgâr ile çalıĢan su pompaları yerlerini diğer kaynak-larla çalıĢan pompalara kaptırmıĢtır. 6
  7. 7. 1. Rüzgar Enerjisi Rüzgâr enerjisi, rüzgârı oluĢturan hava akımının sahip olduğuhareket (kinetik) enerjisidir. Bu enerjinin bir bölümü yararlı olan meka-nik veya elektrik enerjisine dönüĢtürülebilir. Rüzgârın gücünden yararlanılmaya baĢlanması çok eski dönem-lere dayanır. Rüzgâr gücünden ilk yararlanma Ģekli olarak yelkenli ge-miler ve yel değirmenleri gösterilebilir. Daha sonra tahıl öğütme, supompalama, ağaç kesme iĢleri için de rüzgâr gücünden yararlanılmıĢtır.Günümüzde daha çok elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadır. Fosil, yakıt yöntemlerde atmosfere zararlı gazlar salınmakta, bugazlar havayı ve suyu kirletmektedir. Rüzgârdan enerji elde edilmesisırasında ise bu zararlı gazların hiçbiri atmosfere salınmaz, dolayısıylarüzgâr enerjisi temiz bir enerjidir, yarattığı tek kirlilik gürültüdür. Per-vanelerin dönerken çıkardığı sesler günümüzde büyük ölçüde azaltılmıĢ-tır. Toprak, kutuplardan ekvatora doğru artıĢ göstererek güneĢ tara-fından eĢit olmayacak Ģekilde ısınıyor. Ayrıca karalar denizlerden dahaçabuk ısınır (ve soğur). Isı farkı, global atmosferik ısı yayma sisteminintoprak yüzeyinden stratosfere doğru uzanmasını sağlar. Bu rüzgâr hare-ketleri sonucunda depolanan enerjinin çoğu, rüzgârın hızının 160 km/saĢtığı yüksek rakımlarda bulunabilir. Sonuçta, rüzgâr enerjisi toprak yü-zeyinde ve atmosfer boyunca, sürtünmeden yayılmaya kadar her türlüĢekle dönüĢür. Rüzgârdan faydalanılan gücün toplam miktarı, tüm kay-naklardan kullanılanın yanında devede kulak gibidir. Tahmini 72 TW (Tera Watt) olan toprağın potansiyel rüzgâr gücünden ticari olarak fayda-lanılabilir. 2. Rüzgâr Hızının Dağılımı Farklı rüzgâr kuvvetleri ve belli bir yerdeki ortalama değer birrüzgâr türbininin yalnızca orada üretilebilir enerjisinin miktarını göster-mez. Belli bir alandaki rüzgâr hızının frekansını belirlemek için, olası bir 7
  8. 8. dağılım fonksiyonu gözlenen veriye göre uyarlanır. Farklı alanlardafarklı rüzgâr hız dağılımı vardır. Weibull modeli birçok yerdeki saatlik rüzgâr hızlarının gerçekdağılımını yaklaĢık olarak yansıdır. Weibull faktörü yaklaĢık olarak 2’dirve bu yüzden Rayleigh dağılımı daha az bir doğruluk olarak kullanılabi-lir, fakat daha basit modeldir. Büyük gücün daha büyük rüzgâr hızı tarafından üretildiğindendolayı, enerjinin çoğu kısa bir anda ortaya çıkar. 2002 Lee Ranch tasla-ğı, kullanılabilir enerjinin yarısına henüz iĢlem zamanını %15’inde ula-Ģıldığını söylüyor. Sonuç, belli bir türbindeki veya rüzgâr tarlasındakirüzgâr enerjisi, yakıt santrallerindeki gibi sürekli değildir. Rüzgâr gücü üretme, daha tutarlı, çeĢitli teknolojilerin mevcudi-yetine ve geliĢmiĢ yöntemlere ihtiyaç duyar. Özellikle rüzgâr tarlalarındaüretilecek enerjinin dağıtılması için daha güçlü bölgesel iletim hatlarınınkullanılması gerekir. ÇeĢitli problemler, Ģebeke enerji depolama, pil,enerji talep yönetimi tarafından meydana gelir. 3. Rüzgar Türbinleri Rüzgâr türbini, rüzgârdaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiyedaha sonra da elektrik enerjisine dönüĢtüren sistemdir. Bir rüzgâr türbinigenel olarak kule, jeneratör, hız dönüĢtürücüleri (diĢli kutusu), elektrik-elektronik elemanlar ve pervaneden oluĢur. Rüzgârın kinetik enerjisi ro-torda mekanik enerjiye çevrilir. Rotor milinin devir hareketi hızlandırıla-rak gövdedeki jeneratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik ener-jisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya doğrudan alıcılara ulaĢtırılır. Rüzgâr türbinlerinin nasıl çalıĢtığını anlamak için iki önemli ae-rodinamik kuvvet iyi bilinmelidir. Bunlar sürükleme ve kaldırma kuvvet-leridir. Sürükleme kuvveti, cisim üzerinde akıĢ yönünde meydana gelenbir kuvvettir. Örneğin düz bir plaka üzerinde meydana gelebilecek mak-simum sürükleme kuvveti hava akıĢının cisim üzerine 90o dik geldiğidurumda iken; minimum sürükleme kuvveti ise hava akıĢı cismin yüze-yine paralel iken meydana gelir. 8
  9. 9. Kaldırma kuvveti ise, akıĢ yönüne dik olarak meydana gelen birkuvvettir. Uçakların yerden havalanmasına da bu kuvvet sebep olduğuiçin kaldırma kuvveti olarak adlandırılmıĢtır. Sürükleme kuvvetine en iyi örnek olarak paraĢüt verilebilir. Bukuvvet sayesinde paraĢütün hızı kesilmektedir. Sürükleme kuvvetininetkilerini minimuma indirebilmek için yapılmıĢ özel cisimlere akıĢ hatlı(streamlined) cisimler denir. Bu cisimlere örnek olarak elips, balıklar,zeplin verilebilir. Düz bir plaka üzerine etkiyen kaldırma kuvveti, hava akıĢı plakayüzeyine 0o açı ile geldiğinde görülür. Havanın akıĢ yönüne göre mey-dana gelen küçük açılarda akıĢ Ģiddetinin artmasıyla düĢük basınçlı böl-geler meydana gelir. Bu bölgelere akıĢ altı da denir. Dolayısıyla, havaakıĢ hızı ile basınç arasında bir iliĢki meydana gelmiĢ olur. Yani havaakıĢı hızlandıkça basınç düĢer, hava akıĢı yavaĢladıkça basınç artar. Buolaya Bernoulli etkisi denir. Kaldırma kuvveti de cismin üzerinde emmeveya çekme meydana getirir. 3.1. Rüzgar Türbinlerinin Sınıflandırılması Kullanımdaki rüzgâr türbinleri boyut ve tip olarak çok çeĢitlilikgösterse de genelde dönme eksenine göre sınıflandırılır. Rüzgâr türbinle-ri dönme eksenine göre "Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri" (YERT) ve"DüĢey Eksenli Rüzgâr Türbinleri” (DERT) olmak üzere iki sınıfa ayrı-lır.3.1.1. Yatay Eksenli Türbinler Bu tip türbinlerde dönme ekseni rüzgâr yönüne paraleldir. Kanat-ları ise rüzgâr yönüyle dik açı yaparlar. Ticari türbinler genellikle yatayeksenlidir. Rotor, rüzgârı en iyi alacak Ģekilde, döner bir tabla üzerineyerleĢtirilmiĢtir. Yatay eksenli türbinlerin çoğu, rüzgârı önden alacak Ģekilde tasar-lanır. Rüzgârı arkadan alan türbinlerin yaygın bir kullanım yeri yoktur.Rüzgârı önden alan türbinlerin iyi tarafı, kulenin oluĢturduğu rüzgâr göl-gelenmesinden etkilenmemesidir. Kötü tarafı ise, türbinin sürekli rüzgârabakması için dümen sisteminin yapılmasıdır. 9
  10. 10. Yatay eksenli türbinlere örnek olarak pervane tipi rüzgâr türbinleriverilebilir. Bu tip türbinlerin kanatları tek parça olabileceği gibi iki vedaha fazla parçadan da oluĢabilir. Günümüzde en çok kullanılan tip üçkanatlı olanlardır. Bu türbinler elektrik üretmek için kullanılır. GeçmiĢteçok kanatlı türbinler tahıl öğütmek, su pompalamak ve ağaç kesmek içinkullanılmıĢtır.3.1.2. Düşey Eksenli Türbinler Türbin mili düĢeydir ve rüzgârın geliĢ yönüne diktir. Savonius tipi,Darrieus tipi gibi çeĢitleri vardır. Daha çok deney amaçlı üretilmiĢtir.Ticari kullanımı çok azdır.Bu türbinlerin üstünlükleri Ģöyle sıralanabilir:  Jeneratör ve diĢli kutusu yere yerleĢtirildiği için, türbini kule üze- rine yerleĢtirmek gerekmez, böylece kule masrafı olmaz.  Türbini rüzgâr yönüne çevirmeye, dolayısıyla dümen sistemine ih- tiyaç yoktur.  Türbin mili hariç diğer parçaların bakım ve onarımı kolaydır.  Elde edilen güç toprak seviyesinde çıktığından, nakledilmesi daha kolaydır.Sakıncaları ise Ģöyledir:  Yere yakın oldukları için alt noktalardaki rüzgâr hızları düĢüktür.  Verimi düĢüktür.  ÇalıĢmaya baĢlaması için bir motor tarafından ilk hareketin veril- mesi gerekir, bu yüzden ilk hareket motoruna ihtiyacı vardır.  Ayakta durabilmesi için tellerle yere sabitlenmesi gerekir, bu da pek pratik değildir.  Türbin mili yataklarının değiĢmesi gerektiğinde, makinenin ta- mamının yere yatırılması gerekir.3.1.3. Darrieus Tipi Darrieus tipi düĢey eksenli rüzgâr türbininde, düĢey Ģekilde yer-leĢtirilmiĢ iki tane kanat vardır. Kanatlar, yaklaĢık olarak türbin miliuzun eksenli olan bir elips oluĢturacak biçimde yerleĢtirilmiĢtir. Kanatla-rın içbükey ve dıĢbükey yüzeyleri arasındaki çekme kuvveti farkı nede-niyle dönme hareketi oluĢur. Yapısı gereği Darrieus tipi rüzgâr türbinle- 10
  11. 11. rinde, devir baĢına iki kere en yüksek tork elde edilir. Rüzgârın tek yön-den estiği düĢünülürse; türbinin verdiği güç, sinüs Ģeklinde bir eğri oluĢ-turur.3.1.4. Savonius Tipi Savonius türbinleri, iki ya da üç adet kepçeye benzer kesitin bir-leĢimi Ģeklindedir. En yaygını iki adet kepçenin bulunduğu durumdur ve“S” Ģeklini andıran bir görüntüsü vardır. Savonius türbininde akıĢkaniçbükey kanat üzerinde türbülanslı bir yol izler ve burada dönel akıĢlarmeydana gelir. Bu dönel akıĢlar Savonius türbininin performansını düĢü-rür, bu nedenle elektrik üretiminde pek fazla kullanılmazlar. Daha çok supompalama amaçlı ve rüzgâr ölçümlerinde kullanılan anemometre olarakkullanılırlar. 3.2. Rüzgâr gücü hesabı Rüzgâr gücü mümkün rüzgâr enerjisinin bir ölçümüdür. Rüzgâr,gücü rüzgâr hızının kübünün bir fonksiyonudur. Eğer rüzgâr hızı iki mis-line çıkarsa rüzgârdaki enerji sekiz faktörü ile artar. Bunun anlamı Ģudur;rüzgâr hızındaki küçük değiĢiklikler rüzgâr enerjisinde büyük değiĢiklik-lere neden olurlar. Örneğin, 12.6 m/s hızındaki bir rüzgâr ile üretilebilecek enerjimiktarı, 10 m/s hızındaki bir rüzgârdan üretilebilecek enerjinin 2 katıdır.(10 = 1000, 12.63 = 2000). Yer seçimi veya ölçüm hataları ile yapılabilecek küçük rüzgârhızı hataları bir rüzgâr türbini yatırımında büyük hatalara neden olabil-mektedir. Bu nedenle, rüzgâr türbini satın almadan önce, doğru ve sürek-li bir rüzgâr çalıĢması yapılmalıdır. Ekonomik olarak uygulanabilir ol-ması için, bir rüzgâr türbini kurulacak yerde yıllık ortalama en az 5.4 m/s(12 mph) rüzgâr hızı olmalıdır.3.2.1. Rüzgârdaki Mümkün Güç MiktarıW = 0.5 r A v3 eĢitliği ile verilir.W: güç/enerjir: hava yoğunluğu 11
  12. 12. A: kanat alanıv: rüzgâr hızı Hava yoğunluğu yükseklikle, sıcaklıkla ve hava cepheleri ile de-ğiĢir. Rüzgâr gücü hesaplamalarında, hava cephelerinin etkisi önemsen-meyecek kadar küçüktür, böylece hava yoğunluğu formülü Ģöyledir: P = 1.325 P/T T: Fahrenheit + 459.69 olarak sıcaklık P: Yüksek-liğe göre düzeltilmiĢ Mercury basıncı (inch) Tipik ortalama hava sıcaklığı (59 °F) deniz seviyesine indirgene-rek hava yoğunluğu için bir standart değer kullanılabilir. Bu durumdagüç eĢitliği basit olarak aĢağıdaki hale gelir:BasitleĢtirilmiĢ Güç EĢitliğiMetrik BirimlerW = 0.625 A v3W: Güç (watt)V: Rüzgâr hızı (m/s)A: Rüzgâr türbini kanatları tarafından süpürülen alan (m2)A = Π r2 r: Rotor yarıçapı (m) BasitleĢtirilmiĢ güç eĢitliği denklemi, rüzgâr türbinlerinden eldeedilecek gücün ampirik olarak hesaplanabilmesi için türetilmiĢtir. Budenklemden anlaĢılabileceği gibi, bir sistemden elde edilecek enerji, rüz-gâr hızının kübü ile doğru orantılıdır. Ayrıca elde edilecek güç, rüzgârtürbin kanatlarının süpürdüğü alan dolayısıyla rotor yarıçapının karesi ileorantılıdır. 4. Elektrik Üretimi Bir rüzgâr tarlasındaki türbinler orta gerilimle güç toplama siste-mi ve iletiĢim ağına bağlıdır (daha çok 34,5 kV). Alt istasyondaki, bu 12
  13. 13. orta gerilim elektriksel akımı yüksek gerilim elektrik iletim hattı sistemi-ne bağlanması için bir transformatör yardımı ile arttırılır.4.1. Şebeke Yönetimi Rüzgâr gücü için sıklıkla kullanılan indiksiyon generatörler,ikazlama için reaktif güce ihtiyaç duyarlar. Bu yüzden, güç faktörü dü-zeltme için sağlam kondansatör bankalarını içeren rüzgâr güç düzeltmesistemlerinde Ģalt sahasına ihtiyaç vardır. Rüzgâr türbin generatörlerininfarklı türleri, Ģebekeye iletim esnasında farklı davranır. Bu yüzden, yenibir rüzgâr tarlasının dinamik elektromekanik karakteristiğinin kapsamlımodellemesi, iletim sistemi oparatörlerinin, oluĢabilecek sistem hataları-nı tamir edebilmesi ve dengeli davranıĢ göstermesi sağlaması için, gerek-lidir. Özellikle indiksiyon generatörler, buhar ve hidrolik türbin senkrongeneratörlerin aksine, hata esnasında sistem gerilimini desteklemezler.Çift beslemeli elektrik makineleri -rüzgâr türbinleri ve türbin generatörüile toplayıcı sistem arasındaki katı hal dönüĢtürücüleri- Ģebeke bağlantısıiçin daha çok tercih edilen özelliklere sahiptir. Ġletim sistemi operatörle-ri, sisteme bağlantıyı sağlayan gereçleri belirlemek için Ģebeke kodunasahip bir rüzgâr tarla geliĢtiricisi ile bağlantı kurmalıdır. Bu gereçler, güçfaktörü, sabit frekans ve sistem hataları esnasındaki rüzgâr türbinlerinindinamik davranıĢlarını içerir.4.2. Kapasite Faktörü Rüzgâr hızının sabit olmadığından dolayı, rüzgâr tarlasının yıllıkenerji üretimi, generatör üzerindeki etikete yazılan saatlik değerlerin biryıldaki toplam saatle çarpılması sonucu çıkan değer ile hiçbir zaman ay-nı olmaz. Bir yıldaki gerçek üretim değeri teorik olarak maksimum değerolan kapasite faktörü olarak adlandırılır. Tipik olarak kapasite faktörü%20 ile 40 arasındadır. Örneğin, kapasite faktörü %35 olan 1 MW’lık birtürbin, yılda 8760 MWh (1*24*365) üretmez. Sadece 1*0,35*24*365=3066 MWh üretir. 13
  14. 14. Yakıt santrallerinin aksine kapasite faktörü rüzgârın doğal özelli-ğiyle sınırlıdır. Diğer tür güç santrallerin kapasite faktörü, daha çok yakıtmaliyetine dayalıdır. Küçük bir miktarı bakım masraflarını oluĢturur.Nükleer santrallerin yakıt maliyeti düĢüktür ve bu yüzden %90 gibi birverim ile çalıĢır. Yakıt olarak doğal gaz kullanan gaz türbini iĢletim içinçok pahalıdır ve sadece enerji ihtiyacının en yoğun olduğu zaman çalıĢtı-rılır. Bir gaz türbin santralinin yıllık kapasite faktörü, yüksek enerji üre-tim maliyetinden dolayı %5 ile %25 arasındadır.4.3. Etki Rüzgâr enerji “etki”si, rüzgâr tarafından üretilen enerjinin,generatörün kullanılabilir toplam kapasitesi ile karĢılaĢtırılmasıdır. Genellikle rüzgâr etkisinin “maksimum” seviyede olduğu kabuledilir. Belirli Ģebekedeki sınır var olan üretim santrallerine, mekanizma-ların fiyatına, arz-talep yönetimine için verime ve diğer faktörlere bağlı-dır. Bağlı bir elektrik Ģebekesi, donanım baĢarısızlıkları için zaten tersbesleme ve iletim verimini içerir. Bu ters verim, rüzgâr santrallerindeüretilen gücü düzene koymaya da yardımcı olabilir. ÇalıĢmalar tüketilentoplam elektrik enerjisinin %20sinin en az zorlukla birleĢtirilebileceğinigösterdi. Bu çalıĢmalar çoğrafik olarak çeĢitli yerlerdeki rüzgâr tarlala-rında, kullanılabilir enerjinin bir kısmında, arz-talep yönetiminde, büyükĢebeke alanlarında yapıldı. Bunlardan baĢka birkaç tekniksel sınırlamada vardır. Fakat ekonomik dengesizlikler daha da önem arzediyor. ġu anda, birkaç Ģebeke sistemindeki rüzgâr enerjisinin etkisi %5inüzerindedir: Danimarka (%19un üzerinde), Ġspanya ve Portekiz (%11inüzerinde), Almanya ve Ġrlanda Cumhuriyeti (%6nın üzerinde). Örneğin,8 Kasım 2009un sabah saatlerinde, Ġspanyadaki elektrik arzında, ülke-nin elektriğinin yarıdan fazlası rüzgâr enerjisinden sağlandı. Bu durumĢebekede hiçbir sorun teĢkil etmedi. Danimarka Ģebekesi, Avrupa Ģebekesiyle büyük oranda bağlantı-lıdır. Rüzgâr gücünün yarıdan fazlasını Norveçe göndererek Ģebeke yö-netimi problemlerini çözmüĢ oldu. Elektrik gönderimi ve rüzgâr gücüarasındaki iliĢki çok sıkıdır. 14
  15. 15. 4.4. Kesintiler ve Etki Sınırları Rüzgâr gücünden üretilen elektrik, birkaç farklı zaman aralığında,saatlik, günlük ve mevsimlik olarak yüksek oranda değiĢebilir. YıllıkdeğiĢim de vardır. DeğiĢim rüzgâr santral çıkıĢının predictability nin sa-atlik veya günlük kısaltmasıyla ifade edilir. Diğer elektrik kaynaklarıgibi rüzgâr enerjisi “tarife”lendirilmelidir. Rüzgâr gücünde tahmini yön-temler kullanılır. Fakat rüzgâr santral çıkıĢının predictability kısaltmaiĢleminde düĢük kalır. Çünkü ani elektrik üretim ve tüketimi, Ģebeke kararlılığını koru-ması için dengede kalmalıdır. Bu değiĢim dayanıklılığı, sağlanabilir Ģe-bekedeki rüzgâr gücünün büyük oranlardaki değiĢimlerine karĢı koyabi-lir. 5. Rüzgar Tarlaları Rüzgâr tarlası, elektrik üretimi için kullanılan ve aynı yerde bu-lunan rüzgâr türbinleri grubudur. Özel türbinler orta gerilim (genellikle34,5 kV) güç sistemine ve ağ Ģebekesine bağlanır. Elektrik Ģebekesininorta gerilimdeki elektrik akımını bir transformatör yardımıyla yüksekgerilim iletim hattına bağlar. Ġspanya, Danimarka ve Almanya Avrupanın önde gelen rüzgârenerji üreticileridir. Büyük rüzgâr tarlası, birkaç düzineden yüzlerce özelrüzgâr türbinlerine kadar çok sayıda türbin içerir. Bunlar yüzlerce kilo-metrekare alanı kaplar. Türbinlerin arasındaki toprak tarım ve diğeramaçlar için kullanılabilir. Rüzgâr tarlası, okyanustan veya denizdenesen güçlü rüzgârların sağladığı avantajdan dolayı açık alanlara yapılır. Dünyadaki ilk rüzgâr tarlası, Aralık 1980de, Amerika BirleĢikDevletleri, New Hampshire eyaletinin güneyindeki Çatallı dağında herbiri 30 KW olan 20 rüzgâr türbininden yapıldı. Teksasdaki Roscoe rüzgâr tarlası 780 MWlık gücüyle Ģu an içindünyanın en büyük rüzgâr tarlasıdır.5.1. Yer Planı Rüzgâr Güç Yoğunluğu (RGY) olarak adlandırılan bir nicelik,rüzgâr enerji geliĢimindeki konumları seçmek için kullanılır. RGY, belir-li bir yerdeki rüzgârın etkin kuvvetinin hesabıyla ilgilidir. Genellikle bir 15
  16. 16. zaman periyodundaki toprak seviyesinin üstündeki yüksekliği ifade edenterimdir. Hesaba hız ve kütle olarak alınır. Renk kodlu haritalar, belirlibir alan tanımlama için hazırlanır. Örneğin, "50 metredeki Ortalama Yıl-lık Güç Yoğunluğu." Yukarıdaki hesabın sonuçları Ulusal YenilenebilirEnerji Laboratuvarı tarafından geliĢtirilen içerikte kullanılır ve "NRELCLASS" olarak ifade edilir. Daha büyük RGY hesabı sınıf tarafındandaha yüksekte orantılanır. Rüzgâr tarlasının yeri, zengin doğal yaĢam alanı veya yol yapımı-na uygun yerler gibi çevresel hassasiyetli veya kıymetli olduğunda dola-yı daha fazla tartıĢmaya neden olabilir. Bu alanlar gürültü endiĢesi ve herhangi bir aksilik olabileceğinden dolayı yerleĢim yerleri dıĢında yapılır.5.2. Yükseklik Alçak basınç etkisinden dolayı yükseklerde rüzgâr daha hızlı eser.Yükseklikteki hız artıĢı, yüzeye yakınında daha tesirlidir. Arazi, yüzeyengebeliği, ağaç ve yapılar gibi rüzgârı engelleyen Ģeyler tarafından etki-lenir.5.3. Rüzgâr park etkisi "Rüzgâr park etkisi", türbinler arasındaki karĢılıklı engelden dolayıçıkıĢ kaybını ifade eder. Rüzgâr tarlaları birçok türbinden oluĢur ve herbiri rüzgâr enerjisinin birazını yutar. Alan elveriĢli olduğunda, kayıplarıen aza indirmek için türbinler, kuvvetli rüzgârda rotor çapının beĢte üçükadar bir boĢlukla dik Ģekilde, rüzgâr kuvvetinin yönünde ise rotor çapı-nın onda beĢi kadar açıklıkla yerleĢtirilir. Kayıt toplam kurulu gücün%2si kadar olabilir. Büyük rüzgâr parkında, her bir rotor arasındaki etkinin"multifractal" olduğundan dolayı, türbinlerin Kolmogorov düzensizli-ğindeki davranıĢta önemli derecede sapma görülür.5.4. Çevresel ve Estetik Etkiler Rüzgâr gücünün çevresel etkileri ile geleneksel enerji kaynakları-nın çevresel etkilerini karĢılaĢtırma göreceli olarak benzerdir. Rüzgârgücü, fosil yakıt güç kaynakları gibi yakıt tüketmez ve hava kirliliğiyapmaz. 16
  17. 17. KuĢ ve yarasa tehlikesi birçok bölgede endiĢeye sebep olmaktadır.Bazı kuĢlar, insanların temiz olmayan güç kaynaklarını kullanmalarındandolayı neden olduğu kuĢ ölümleriyle, rüzgâr türbinlerinden dolayı ölen-ler karĢılaĢtırıldığında, ikincisinin çok az bir etkisi vardır. Rüzgâr tarlala-rının yeri ile ilgili anlaĢmazlık çok büyük sorundur.Estetik etkiler de bazı alanlarda sorun teĢkil ediyor.5.5. Güç şebekesindeki etki Uygun ölçekli rüzgâr tarlaları, iletim hatlarına enerji dönüĢümüyapılarak aktarılmalıdır. Rüzgâr tarla geliĢtiricisi, teknik standartları kar-Ģılaması için rüzgâr tarlasına ek teçhizat veya kumanda sistemlerini kur-makla yükümlü hale getirilmelidir. Rüzgâr tarlası kuran Ģirket veya kiĢiüretilen gücü iletim hatları vasıtasıyla satabilmelidir. 6. Türbin Yerleşimi Rüzgâr türbin yerlerinin iyi tesbit edilmesi rüzgâr gücünün eko-nomik kullanılması açısından kritik önem taĢır. Rüzgârın kendi kullanı-labilirliği bir tarafa, iletim hatlarının kullanılabilirliği, üretilen enerjinindeğeri, bulunduğu yerin bedeli, yapıma ve iĢleme çevrenin vereceği tep-kiler gibi diğer faktörlerde göz önüne alınmalıdır. Denizdeki yerleĢimler,yapıları daha büyük inĢa ederek, daha fazla yıllık yük faktörlerinin geti-risiyle maliyeti dengeleyebilir. Rüzgâr tarla tasarımcıları, belirli bir rüz-gâr tarlası tasarımında, bu tür sorunların tesirlerini tesbit etmek için özelrüzgâr enerji yazılımı kullanır. Rüzgâr güç yoğunluğu (WPD), belirli bir yerdeki rüzgârın etkingüçünün hesabıdır. Rüzgâr güç yoğunluğunun dağılımını gösteren birharita, rüzgâr türbinleri uygun olarak yerleĢtirmek için baĢvurulacak ilkadımdır. Bir yerde ne kadar büyük WPD varsa, sınıflandırma o derecebüyük olur. Rüzgâr gücünün 3’den ( 50 m’lik rakımda 300–400W/m2 )7’ye (50 m’lik rakımda 800–2000 W/m2) kadar olan sınıflandırmalardagenellikle rüzgâr güç 17rtırımı için uygunluk göz önünde bulundurulur. 17
  18. 18. 6.1. Türbin Yerleşim Türleri6.1.1. Karada Karadaki (onshore) türbinler tepe veya dağlı bölgelerde, genellik-le sahilden üç veya daha fazla kilometre uzaklıkta sırtlarda kurulur. Bu,bir sırttaki rüzgâr ivmesi olarak oluĢabilecek yersel (topografik) hızlan-mayı kullanmak için yapılır. Bu yolla kazanılan ek rüzgâr hızı üretilenenerjide önemli miktarda fark oluĢturur. Daha fazla eklenti, türbinlerinyerlerini geniĢletilmesine değecek kadar olmalıdır. Çünkü 30 m.’lik birfark bazen çıkıĢta iki kat olarak yansır.6.1.2. Sahilde Sahildeki (nearshore) türbinler sahil hattının üç kilometre içindeveya sahilden on kilometre içerde suda yapılır. Bu alanlar türbin inĢasıiçin iyi sahalardır. Çünkü kara ve denizin ısı farklılıklarından dolayı rüz-gârın gücünden daha iyi faydalanılır. Bu bölgelerdeki rüzgâr hızları, es-me yönüne bağlı olarak, hem karadakinin hem de denizdeki rüzgar per-vanelerinin karakteristik özelliklerini taĢır.6.1.3. Denizde Denizdeki (offshore) rüzgâr üretim bölgeleri genellikle karadan onveya daha fazla kilometre uzaktadır. Denizdeki rüzgâr türbinleri karada-kilerden daha az sıkıntılıdır. Çünkü suyun yüzey pürüzsüzlüğü karada-kinden daha fazladır (özellikle derin sularda). Ortalama rüzgâr hızı ge-nellikle açık sularda oldukça fazladır. Kapasite faktörleri karadakindenve sahildekinden daha büyüktür. Büyük rüzgâr türbin parçalarını (kuleler, motor yerleri (nacelles) vekanatlar (blades)) taĢıma, karadakine nazaran daha kolaydır. Çünkü ge-miler ve mavnalar, bu türlü devasa parçaları, kamyon/TIR veya trendendaha kolay taĢır. Karada büyük yük taĢıtları otoyol virajlarında, türbininmaksimum uzunluğu yolun bu kısmı dikkate alınarak üretilmelidir. Fakataçık denizde böyle bir sorun yoktur. Denizdeki rüzgâr türbinleri, yapı itibariyle muhtemelen en büyükebatta kalacaklardır. Türbin tarlaları denizde türbinden oluĢabilir. 18
  19. 19. 6.1.3.1. Zemin Etütlü, Temel Altyapı Kule Teknolojileri Kıtasal sığ alanlarda, su 40 m.’den daha derin değildir. 4. Kategoriveya daha büyük fırtınalar hariç bu alanlar rüzgârlıdır. Zemin etütlü tür-binler Ģu an kurulum için idealdir.6.1.3.2. Su Altı, Yüzen Türbin Teknolojileri Yeni su altı, yüzen türbin teknolojileri henüz yeni yeni yaygınlaĢ-maya baĢladı. Ġlk büyük kapasiteli yüzen rüzgâr türbini, 2,3 MW’lık, 120m. Yüksekliğinde kuleye sahip, 220 metre su altında yapısı olan KuzeyDenizi açıklarında, Norveç, Stavanger’dedir. 2 yıllığına test edilecek.Unite 2009’un yazında inĢa edildi ve 2009 Kasım ayında faaliyete geçti.6.1.4. Havada Uçan rüzgâr türbinleri kule masraflarından muaftır ve yüksek hız-larda, yüksek irtifada uçabilirler. Çoğu sistemler ticari amaçlı değildir. 7. Dünyadaki Durum Rüzgâr Gücü, dünyada kullanımı en çok artan yenilenebilir enerjikaynaklarından biri haline gelmiĢtir. Günümüzde dünyadaki kullanımoranının çok düĢük olmasına karĢılık, 2020 yılında dünya elektrik talebi-nin %12sinin rüzgâr enerjisinden karĢılanması için çalıĢmalar yapılmak-tadır. Günümüzde rüzgâr enerjisinden üretilen toplam güç 159.213MW civarındadır. Dünyada rüzgârdan enerji üretiminin %36,3ü Al-manyada gerçekleĢtirilmektedir. Almanya toplamda 14.612 MW güçüretmektedir ve Almanyanın elektrik enerjisi ihtiyacının % 5,6sını kar-Ģılamaktadır. Rüzgâr gücünden en çok yararlanan diğer ülkeler sırasıylaĠspanya, ABD, Danimarka, Hindistan, Hollanda, Ġtalya, Japonya, Birle-Ģik Krallık ve Çindir. Diğer tüm ülkeler toplamda 3.756 MWlık güçüretimi ile % 9,3 paya sahiptirler. 2009 itibariyle %48lik bölümü Avrupada olan 157.899 MWlıktoplam kurulu güç kapasitesi vardır. Bu güç, binlerce rüzgâr türbinindenüretiliyor. Dünyada rüzgâr üretim kapasitesi 2000 ile 2006 yılları arasın- 19
  20. 20. da dört kattan daha fazla arttı. Kurulu rüzgâr gücünün %81i BirleĢikDevletler ve Avrupadadır. En büyük üretici olan beĢ ülkenin 2004de%71lik, 2006da %62lik ve 2008de %73lük payları vardır. Bu ülkeler;BirleĢik Devletler, Almanya, Ġspanya, Çin ve Hindistandır. Dünya Rüzgâr Enerji Birliği, dünya çapında 2006 sonunda 73,9GW olan kurulu gücün, 2010 itibariyle 160 GW olacağını bekliyor. Buda yıllık %21lik bir artıĢ demek oluyor. Danimarkada üretilen elektriğinhemen hemen beĢte biri rüzgârdan sağlanıyor -diğer ülkelerden enyüksekdir-. Dünyada toplam rüzgâr güç üretiminde onuncudur. Dani-marka imalat göze çarpan ülkedir. 1970lerde rüzgâr türbinlerini kullan-maya baĢladı. Son yıllarda BirleĢik Devletler Ģebekesine, güç kapasitesini2007de %45 arttırarak 16,8 GWlık enerjiyi Ģebekesine ekleyerek, Al-manyanın 2008deki kurulu gücünü geride bıraktı. Böylece diğer ülke-lerden daha fazla rüzgâr enerjisini Ģebekesine eklemiĢ oldu. Kaliforniya,modern rüzgâr güç endüstrisinde patlama gösterenlerden birisidir. Kuru-lu güçte birçok yıl BirleĢik Devletlere önderlik yaptı. Ta ki 2006nın so-nunda Teksas liderliği eline alıncaya kadar. 2008 sonunda 7.116 MWlıkkurulu gücü vardır. Bu da eğer ülkeden ayrı olarak düĢünürsek dünyadaaltıncı sıraydı. BirleĢik Devletler rüzgâr güç üretiminde ġubat 2006danġubat 2007ye kadar %31,8 büyüdü. Ortalama bir MWlık rüzgâr gücü,yaklaĢık 250 Amerikan hanesinin elektrik tüketimine eĢittir. AmerikaRüzgâr Enerji Birliği kayıtlarına göre 2008de rüzgârdan elde edilenelektrik %1lik haneyi (4,5 milyon haneye eĢdeğerdir) kaplıyorken,1999da sadece %0,1lik haneyi kaplıyordu. Çin 2020deki yenilenebilir enerji kaynaklarındaki üretim hede-fini 30.000 MW olarak açıkladı. Fakat 2009 sonu itibariyle 22.500 MWaulaĢtı ve böyle giderse 2010 sonu itibariyle 30.000 MWı geçmesi hiçtezor değil. 2020de öngörülen değer 253.000 MWı aĢacak gibi. Çin yeni-lenebilir enerji kanunu Kasım 2004de kabul edildi. Ardından DünyaRüzgâr Enerji Konferansı Çin tarafından düzenlendi ve Dünya RüzgârEnerji Birliğine katıldı. 2008de rüzgâr gücü hükümetin planladığındanve diğer büyük ülkelerden daha hızlı büyüdü. 2005den itibaren her yıliki kattan daha fazla artıĢ gösterdi. 2010 itibariyle öngörülen kurulu ka-pasite 20 GWa yakındır. Hindistan, 2009 yılında 10.925 MWlık toplam rüzgâr güç kapa-sitesiyle dünyanın beĢinci büyük ülkesiydi. Bu da, Hindistanda üretilen 20
  21. 21. toplam elektriğin %3üne denk geliyor. Kasım 2006da Yeni DelhidekiDünya Rüzgâr gücü Konferansı, Hindistan rüzgâr güç endüstrisine ekivme kazandırdı. Tamil Nadu Ģehrinin Muppandal köyü yakınlarındabirkaç rüzgâr türbin tarlası vardır ve burası Hindistandaki büyük rüzgârenerji merkezlerinden biridir. Meksika, tüketilen fosil yakıtlarının azaltmaya yönelik olarak sonzamanlarda La Venta II rüzgâr güç projesini baĢlattı. 88 MWlık projeMeksikanın ilk rüzgâr üretim giriĢimidir ve Oaxaca Ģehrinin elektrik ih-tiyacının %13ünü karĢılayacak. 2012de proje 3.500 MWa çıkacak.Sempra Enerji, Baja Kaliforniyada en az 1000 MWlık bir projeyi 5,5milyar dolarlık maliyetle gerçekleĢtireceğini duyurdu. Büyüyen diğer pazar Brezilya, 143 GWlık potansiyele sahip rüz-gâr gücü bulunuyor. Güney Africa, Olifants Nehri açıklarının kuzeyindeki Koekenaapkasabasının yakınında Batı Cape Ģehrindeki Vredentalın doğusunda BatıSahilinde bir istasyon kurdu. Toplam çıkıĢ gücü 100 MWtır. Bu kapasi-teyi ikiye katlamak için görüĢmeler yapılıyor. Fransa, 2010 itibariyle 12.500 MW kurulu güce sahip olmayı he-defliyor. Kanada rüzgâr kapasitesini 2000 ile 2006 arasında hızlı bir Ģekli-de arttırarak 137 MWdan 1451 MWa çıkarttı. Bu da yıllık %38lik birbüyümeye denk geliyor. Özellikle en hızlı büyüme 2006da görülerek2005 sonundaki 684 MWlık üretimi ikiye katladı. Bu büyüme, yüklemehedefleri ekonomik teĢvik ve politik destekle beraber beslendi. Örneğin,Ontario eyaleti rüzgâr gücü için vergi indirimine gitti. 21

×