1--Rüzgar Santralı Maliyeti:

1.1--Standart bir rüzgâr santralı yapımında inşaat mühendisliğine ait iş kalemlerinin toplam maliyetteki yaklaşık payı,

%4’ü……………. ………….temel-yapı,

%2’si ……………………….arazi düzenlemesi ve

%1’i de ………………………yollar olmak üzere toplam %7 civarındadır.

1.2--Kurulu gücü 1,5 MW, kanat çapı 77 m olan ve 20 yıllık ekonomik ömürlü bir santral için maliyetin 2.000.000 ABD doları mertebesinde olduğu kabul edilirse yapı işinin tutarının 140.000 ABD dolarından fazla tuttuğu kabul edilebilir.

2--Rüzgar Enerjisi:

1--Artan enerji talebinin geleneksel enerji kaynakları ile yeteri kadar karşılanmayışı yenilenebilir enerji kaynaklarına karşı talebi arttırmıştır.

1.1--Rüzgar enerjisi çiftliklerini adeta bir enerji santralı gibi fonksiyon yapmaya başlamaları rüzgar enerjisinin son yıllarda tercih edilmesinde büyük etkisi olmuştur.

2--Rüzgar Enerjisi Tarlalarının Yer Seçimi

2.1--Rüzgar enerjisi çiftliklerinin asıl amacı enerji üretmektir. Bunun için bazı özelliklerin bu alanlarda olması istenir. Bu özellikler;

1--Türbinlerin maksimum kapasitelerini verecek şekilde yerleştirilmeleri,

2--Gelişmeye açık olması,

3--Yerleşim yerlerinden, yollardan uzak alanlarda olması,

4--Dağ vb çevresel sınırlamalardan en az etkilenmesi ve uygun topografik yapının varlığı,

5--Yüzey dalgalılığının az olması,

6--Deprem fay hatlarının üzerinde yer almaması,

7--Özellikle yerleşim yerlerine yaratabileceği gürültü etkinin dikkate alınması,

8--Türbinlerin görüşü engelleyecek şekilde yerleştirilmemeleri,

9--Her bir türbinin bir diğerine etkisinin en az olacak şekilde bir uzaklıkta yerleştirilmeleri,

10--Enterkonnette sistemlerine bağlantısının kolay olması,

11--Telefon vb diğer iletişim hatlarından arındırılmış bir bölgede olması,

2.2--Rüzgar enerji tarlalarında en fazla üzerinde durulması gereken husus her bir türbinin bu tarlalarda diğer türbinlerden ne kadar bir uzaklıkta yerleştirileceğidir. Bilindiği gibi türbin kanatları değişik çaplarda olabilmektedir. Son yıllardaki rüzgar türbini üreticilerden bazılarının ürettikleri 1,5 MW lık türbinlere ait çap değerleri bulunmaktadır.

2.3--Dünyadaki değişik rüzgar enerjisi çiftlikleri uygulamalarında topografik yapıların uygun olduğu alanlarda bir türbin kanadı çapının 5 katı bir mesafede olacak şekilde türbinlerin birbirlerin uzağa yerleştirildiği görülmektedir.

2.4--Rüzgarın esme yönü dikkate alınarak birbirlerine paralel yerleştirilmesi söz konusu olmaktadır. Ayrıca bunların belli bir sıra içerisinde olması, bir rüzgar türbininin arkasına diğer bir türbinin gelmemesine çalışılmaktadır.

2.5--Rüzgar enerjisi çiftliklerinin yaygınlaşması ile birlikte daha çok gürültü ve görsel özellikler artık ön plana çıkmaya başlamıştır. Bunda gerçek payı vardır. Çünkü bu tesisler rüzgar kuvveti ile çalışan rüzgar türbini kanatlarının dönüşü sırasında çıkardığı gürültüler bulunduğu alanı ve yakın çevresini etkilemektedir. 

2.5.1--Ayrıca yerde metrelerce yukarıya konulan türbinlerin görsel kirliliğe de neden olabileceği düşünülebilir. Onun için bu tesislerin yerleşim alanlarından çok uzaklara yapılması çoğu zaman tercih nedeni olmaktadır.

2.6--Rüzgar enerjisi tesislerin bulunduğu veya yakın alanlarında yaşayan bitki, kuş vb hayvanlarında rüzgar türbinlerinden etkilendiği yönünde bir çok çalışma vardır. Onun için tercih edilen yerlerin daha çok bakir alanlar oluşu dünya uygulamalarında dikkati çekmektedir.

2.7--Rüzgar enerjisi çiftliklerinin yoğunlukla kullanıldığı ülkelerde tüm yukarıda bahsedilen hususların bilgisayar ortamında analiz edilebilmesi için çok çeşitli bilgisayar programları geliştirilmiştir. 

2.7.1--Bu programlardan birisi de WASP (Rüzgar atlası analiz ve uygulama programı) dır. Bu programda ;Rüzgar ölçüm değerleri,Yakın çevresel engel bilgileri, Arazi yüzey pürüzlülük değerleri,Topografya yapısı bilgileri,girilerek rüzgar enerjisi çiftliklerinin rüzgar atlası oluşturulmaktadır.

2.8--Bu atlas bilgileri, rüzgar türbinlerine ait karakteristik koordinatları vb bilgiler kullanılarak rüzgar türbinlerinin tek tek ya da bir arada üretecekleri yıllık enerji miktarları bu program ile ortaya konulabilmektedir.

3--Rüzgar enerjisi çiftliklerinde incelenmesi gereken bir diğer hususta alt yapıdır. Buradaki alt yapı her bir türbinin bulunduğu alanları birbirine bağlayan yollar, elektrik kablo sistemleri, kontrol sistemleri vb dir.

3.1--Yapılan çalışmalarda ortalama olarak bu tesislerde %75 oranındaki türbin maliyetinin yanında % 12 elektrik bağlantı sistemlerinin, %8 yol ve inşaat işlemlerinin % 5 de diğer işlemlerin maliyeti olduğu görülmektedir.

3.2--Modern anlamdaki rüzgar enerjisi çiftliklerinde her bir türbinden alınan enerji bir kablo vasıtasıyla enerji toplama merkezine getirilmekte burada yedek enerji dışındaki tüm elektrik enerjisi enterkonnette sisteme yönlendirilmektedir.

3.3--Çoğu uygulamada her bir türbin bir kontrol düzeni ile denetim altına alınmakta ve merkezi kontrol noktasından bu izlenebilmektedir.

3.4--Son yıllarda bilgisayar destekli kontrol sistemlerinin bu alanda da başarı ile uygulandığı görülmektedir.

4--Rüzgar türbinleri çok ekstrem rüzgar hızları dikkate alınarak imal edilmektedirler. Çoğu zamanda 50 yılın verileri göz önüne alınmaktadır. Bu veriler içerisinde 45-70 m/s hız arasında değişen bora ve 70m/s den daha fazla tayfun gibi rüzgar hız değerleri söz konusu olabilmektedir.

5--Fabrikasyon şeklinde imal edilen bu türbinler rüzgar enerji tarlalarındaki yerlerine montesi öncesinde zeminin buna hazırlanması gerekmektedir. Çünkü 40 m'nin üzerindeki yüksekliği bulunan türbin kulesi bu zemin tarafından taşınmanın yanında ekstrem rüzgar hızlarında üzerindeki kütleyi stabil tutabilecek dayanıklılık da olmalıdır.

5.1--Türbin kulelerinin zeminleri uygulamada 1-2 m derinlikte çapraz köşegen uzaklığı 13 m olacak şekilde nervürlü demir takviyeli beton zemine sahip olmalıdır.Zeminin hazırlanması bittikten sonra en az 1 haftalık bekleme süresi sonunda kule üzerine monte edilmelidir. 

5.1.1--Kule montesinde zemine betonla beraber yerleştirilen döküm bilezik ve üzerindeki bulunan saplamalardan yararlanılmaktadır.

6--Genelde rüzgar türbinlerinin elektrik üreteçleri düşük güçlü olanlarda 690 V iken modern yüksek güçlü türbinlerde bu değer 10-12 kV ye çıkmaktadır. Çok geniş bir değerlendirme ile rüzgar türbinlerindeki voltaj aralığının modern türbinleri göz önüne alarak 10-20 kV kabul edebiliriz. 

6.1--Rüzgar türbininde rüzgar enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesinde kullanılan transformerlardan gelen enerji kablolar vasıtasıyla enterconnette şebekeye iletilmesi sağlanmaktadır.

6.1.1--Genelde elektrik şebekesinde oluşabilen kayıpların yıllık enerji üretim değerinden %2,5 unu aşmaması bu konudaki araştırma yapanlar tarafından önerilmektedir. Bunun için çoğunlukla kapalı devre iletim sistemlerinden yararlanılmaktadır.

7--Rüzgar enerji tarlalarında çalışan türbinlerin yıllık çalışma sürelerinin %97 sinde çalışması sistem verimini arttırıcı özelliktir. Bunun için iyi yer seçimi ile rüzgar gücünün birlikte değerlendirilmesi gerekmektedir.

7.1--Yılda bir türbin en fazla 40 saatlik bir bakıma tutularak verimlilik arttırılması olasıdır.

7--Öte yandan 2003 yılı verileri dikkate alındığında rüzgar enerjisi tarlalarında (onshore) kuruluş masraflarının 850-1100 Euro arasında değiştiği söylenebilir.

8--Rüzgar Santrallerinde Gürültü:

8.1--Türkiye için farklı kapasite ön görümleri olmasına karşın, uygun bölgelerde yararlanılabilir rüzgâr enerjisi güç potansiyelinin yaklaşık olarak 10.000 M W civarındadır .

8.1--Rüzgâr türbinlerinin çalışma esnasında rahatsız edici bir gürültü kirliliğine neden olduğu şeklinde bir kanı vardır. Ancak bunun gerçekte böyle olmadığı şu şekilde açıklanabilir.

8.1.1--Rüzgâr türbinlerinin sesi, karayolu trafiği (80 dBA), trenler, uçaklar (25 m'de uçak gürültüsü 140 dBA) ya da inşaat faaliyetleriyle karşılaştırıldığında çok, düşük seviyededir.

8.1.2--Örneğin, türbine çok yakın bölgede tam güçte 101-103 dBA gürültü üretirler.

8.1.3--Diğer yandan 1 MW'lık bir türbinden 300 m uzaklıkta gürültü seviyesi ise yaklaşık 45 dBA'ya kadar düşmektedir .

Kaynak:Rüzgar Enerjisi Çiftlikleri-Prof. Dr. Bülent Eker, Elif Emre Aytaçoğlu-Trakya Üniversitesi, Tekirdağ Ziraat Fakültesi, Tarım Makineları Bölümü

2--Rüzgar Enerjisi Maliyetleri:

1-Rüzgar türbinleri için yakıt maliyeti yoktur ve rüzgar bedavadır

2- Yatırım maliyeti toplam maliyetin %75 ila %90’ını oluşturmaktadır.

3- Santral Maliyetleri:

a)-Türbin maliyeti kW güç başına halen 

600-900 EU/kW

b)-Projenin hazırlanması ve tesis etme maliyetleri  

200-250 EU/kW

c)-İşletme maliyetleri 0.01-0.02 EU/Kw-(arazi kirası, bakım ve sigorta primleri)

c)-Toplam maliyeti 1,000 EU/kW

4-Rüzgar güçlü elektrik maliyetleri:

4.1-Rüzgar güçlü elektrik maliyetleri bugünkü değeri  4.7 sent/kWh

4.2-2020 yılında üretilen birim elektrik başına maliyetler 2.5 sente kadar gerileyeceği tahmin edilmektedir.

5-Santralın İmalat Süreleri:

Ortalama bir sahada modern bir rüzgar türbini üç dört ay içerisinde imalatında kullanılan miktarda enerjiyi üretebilmektedir. Rüzgar çiftlikleri kolayca sökülebilmekte ve arazi kolayca eski haline getirilebilmektedir.

6-Santralın Tesis alanı:

20 türbinden oluşan tipik bir rüzgar çiftliği için yaklaşık  1 km2 kullanım  alanın  sadece %1’ini kullanılmaktadır. Geri kalan alanlar çiftlik için yada doğal alan olarak kullanılabilmektedir.Bu rüzgar çiftliği ile  6,500 ila 10,000 arasında evin elektrik gereksinimini karşılanabilmektedir.

7- Bugün dünyadaki mevcut toplam teknik olarak işe koşulabilir rüzgar kaynağı yılda 53,000 TeraWatt saattir

8-Teorik olarak rüzgar enerjisi tüm Avrupa’nın elektrik ihtiyacını sağlayabilecektir.

9-Avrupa ülkelerinde yapılan  çalışmalar ile elektrik şebekesinin işleyiş ve yapısında herhangi bir değişiklik yapmadan, elektrik talebinin %10-20’sinin rüzgar türbinleri ile karşılanabileceğini göstermiştir.

10--Enerji Üretiminde Rüzgar Türbinlerinin Kullanımını Arttırmak İçin:

1-Kamu şebekesine verilen elektrik için kamu tarafından sabit bir fiyatla bu elektriğin satın alınması.

2-Rüzgar türbinlerinin tesisi kurulumu durumunda tesis için doğrudan yatırım sübvansiyonları

3-Enerji Satınalma İhaleleri için Fosil Dışı Yakıt kullanma Zorunluluğu getiren ihale süreçleri oluşturmak.

4-Rüzgar Enerjisi araştırmaları için ARGE programlarının kamu tarafından finanse edilmes.

11--Türkiye’nin rüzgar enerjisi  teknik potansiyeli 83,000 MW’dır. Bu anlamda ; Türkiye biran önce bu potansiyeli kullanıma geçirecek mekanizmaları devreye almalıdır.

12--Türkiye 2020 yılında kurmayı hedeflediği toplam elektrik enerjisi üretim kapasitesinin %18’i kadar rüzgar güç santral kapasitesini mevcut altyapıda radikal değişiklikler yapmadan tesis edebilecektir.

3--Rüzgar Enerjisi Kurulum Yerleri:

1—Türkiye de Yeni rüzgar enerji santrallerinin kurulu güce göre bölgelere göre dağılımı:

1—Ege Bölgesi……………….%44

2—Marmara Bölgesi…………%42

3—Akdeniz Bölgesi………….%9

2—Yeni rüzgar enerji santrallerinin kurulu güce göre illere göre dağılımı:

1—İzmir………………139

2—Balıkesir……………88

3—Tekirdağ……………65

4—Afyonkarahisar…..….50

5—İstanbul………….….48

6—Hatay……………….38

7—Çanakkale…………..38

8—Manisa...…………….35

9—Adıyaman..………….27

10—Muğla…..………….21

11—Aydın…..………….19

12—Kırklareli.………….16

12—Mersin….………….12

Kaynakça:Dünya Gazetesi

2--Rüzgar Enerjisi-Dünyada ve Türkiyede:

1—Rüzgar Türbini Teknolojisi:

1--Bir rüzgâr türbini genel olarak kule, jeneratör, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrik-elektronik elemanlar ve pervaneden oluşur.

2--Rüzgârın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Pervane milinin devir hareketi dişli kutusu ile hızlandırılarak gövdedeki jeneratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya doğrudan alıcılara yada satılmak üzere şebekeye ulaştırılır.

3--Kullanımdaki rüzgâr türbinleri boyut ve tip olarak çeşitlilik gösterse de, genelde dönme eksenine göre sınıflandırılır. Rüzgâr türbinleri dönme eksenine göre “Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri” (YERT) ve "Düşey Eksenli Rüzgâr Türbinleri” (DERT) olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar.

4—Rüzgar Türbininin Yıllık Enerji Üretimi:Rüzgâr hızının sabit olmadığından dolayı, rüzgâr tarlasının yıllık enerji üretimi,toplam 365x24=8760 h lik sürenin kapasite faktörü ve türbin gücü ile çarpımı ile bulunur.

Tipik olarak kapasite faktörü %25 ile 40 arasındadır.Bu değer gaz türbini santralında % 5-25,Nükleer Santral da % 65-85,,Hidrolik %30-50,Kömür % 65-85 civarındadır.

5—Birim fiyatları:Dengelenmiş Birim Enerji Maliyet Aralığı ($ cent/kWh)

Kömür…..4,8 - 5,5  , Doğal Gaz……3,ç - 4,4  ,  Hidroelektrik….5,1 - 11,3  , Biyokütle…5,8 - 11,6  ,

Nükleer…..11,1 - 14,5  ,Rüzgar ……4,0 - 6,0   

6--Bir Rüzgar Türbinin Üretebileceği Teorik Güç Hesabı:

6.1—Teorik Güç Hesabı:   

P(w)= ½.q.A. V ³.c

P(w)=0,5x1,225x3,14xD²x0,25x V ³x0,5ç=0,28x D²x V ³

P = teorik güç(W) ,

A = 3.14xD² /4 (rotor süpürme alanı) (m²)  ,

D = Rotor çapı(m) ,                                                     

V = Rüzgar hızı( m/s) ,

c = Rüzgar türbin verimliliği (ideal şartlarda bu değer 0,5ç alınır)  

q= Hava yoğunluğu (1.225 kg/m 3 ) 

6.2—Maksimum Teorik Güç Hesabı:   

6.2.1--Üslü ifade olarak  P(kw)=0,18.D(üzeri 2,16)  veya

6.2.2--ortalama doğrusal ifade olarak p(kw)=35.D(m)-700 ifadesinden yaralanılabilir.

6.2.3--Yada D(m) çapa bağlı maksimum güç p(kw) tablosu olarak:

10m…...................25kw , 

17m…................100 kw , 

27 m…................225 kw , 

33m….................300 kw , 

40 m…................500 kw  , 

44 m…................600 kw ,

48 m…................750 kw ,

54 m…................1000 kw , 

64 m…................1500 kw ,

72 m….................2000 kw ,

80 m….................2500 kw

7--Rüzgardan üretilen elektrik enerjisinin türbin göbek (hub) yüksekliğindeki ortalama rüzgar hızının bir fonksiyonu olarak sınıflanması aşağıda verilmektedir. Buna göre bulunulan yerin ortalama 

rüzgar hızı ;    6.5 m/s rüzgar hızı enerji açısından orta düzey,   7.5 m/s iyi,    8.5 m/s ve yukarısı hızlar çok iyi olarak değerlendirilmektedir.

8--Büyük rüzgar türbinleri saniyede 15 metre hızla dönmektedir.

9--Teorik olarak üretilen enerjinin artması için pervane çapının artması gerekmektedir. Bu da rüzgar türbininin yüksekliğinin de artması anlamına gelir. Bu sayede daha fazla rüzgar alıp daha hızlı bir dönme hareketi sağlanır.

10--Genellikle rüzgar türbinleri saatte 33 mil hızla döndüklerinde tam kapasite olarak çalışmaktadırlar.

11--Saatte 45 mil (20 metre / saniye) hızına çıktıklarında ise otomatik olarak sistem durmaktadır.

12--Türbinin fazla hızlanması halinde sistemi durduracak birçok kontrol bulunmaktadır. En genel sistem fren sistemidir.Pervane 45 mil/saatte hızına ulaştığında dönme işlemini durdurur.

13-- Diğer güvenlik sistemleri:

13.1--Açı Kontrolü : Pervane yüksek hızlara çıktığında, üretilen enerji de çok fazla olmakta. Bu gibi durumlarda pervanelerin açılarını değiştirip daha yavaş bir dönme hareketi elde edilmektedir.

13.2--Pasif Yavaşlatıcı: Genellikle pervaneler ve motor bloğu sabit bir açıyla ayarlanmışlardır. Ancak rüzgar çok hızlı estiği zamanlarda pervanenin tepe taklak olmasını engellemek için rüzgarın tersi yönde pervanenin açısını değiştirip hızın azaltılmasına çalışılır.

13.3--Aktif Yavaşlatıcı: Açı kontrol sistemine benzer bir sistemdir. Üretilen gücün fazla olması durumunda pervane ve motor bloğunun açısını değiştirmeye yarayan sistemdir.

14--Kurulması fazla zaman almadığı için termik ve hidrolik güç santrallerine göre daha çabuk kurulur. Rüzgar çiftliklerinin söküm maliyetleri yoktur. Çünkü sökülen türbinlerin hurda değeri söküm maliyetlerini karşılamaktadır. Bu çiftliklerin ömürlerini tamamlamasından sonra turbinlerin kullanıldığı alan eski haline kolayca getirilebilmektedir.

15--Rüzgar santrali içinde veya etrafında tarım ve sanayi faaliyetleri yapılabildiği  için arazi dostudur. Rüzgar çiftlikleri kuruldukları alanın  sadece %1'lik bir bölümünü işgal ederler ve geri kalan kısımlar tarımsal faaliyetlerde rahatlıkla kullanılabilir.

16--Büyük rüzgar türbinleri, rüzgar çiftligi olarak adlandırılan diziler halinde kurulmaktadır.

16.1--Bir rüzgar çiftliginin yaklaşık toplam gücü 1150 MW arasında değişmektedir.

16.2--Tek bir türbinin gücü 50 kW'tan 5 MW'a kadar olabilir.

16.3--Ancak günümüzde ekonomik şartlar altından 500 kW'tan küçük türbinler pek fazla kullanılmamaktadır.

16.4--Ancak bu küçük türbinler, genellikle şebekenin olmadığı ya da ulaşımın ekonomik olmadığı yerlerde uygulanır. Şehir dışında bulunan yerleşim yerleri ile tesisler, küçük türbinler için oldukça uygun olan kullanım yerleridir.

2—Dünyada Rüzgar Enerjisi:

1--Rüzgar enerjisine bağlı teknoloji ile son yıllarda rüzgar güç santrallerinde 200 MW kapasite değerine ulaşmıştır.

2—Yıllara göre dünyada kurulu rüzgar gücü-MW olarak:

1990 …… 2160 MW , 1994… 3738 MW  , 

1995 ……. 4778 MW 1996…6070 MW 1997…….7636 MW, 1998....10153MW

1999……13932 MW   ,2000…….18449 MW  , 

2003………33400 MW, 2006……..74000 MW 2010…….181000 MW'a ulasmasi beklenmektedir.

3--2009 yılı Ocak ayı itibarıyla dünyada işletmede olan rüzgar enerji santrallerinin kurulu gücü 115254 MW olarak hesaplanmıştır.

4--Bu gücün   

63889 MW'i……........Avrupa'da,   

25408 MW ……….....ABD,  

19524 MW…. ............Asya'da,   

2870 MW……........... Pasifik ulkelerinde,    

2246 MW…… ...........Kanada'da,   

670 MW'……..............Latin Amerika'da ve 

647 MW…. .................Orta Dogu ve Afrika ülkelerinde bulunmaktadır.

5--Enerji üretimi, 2007, 2008 ve 200ç yıllarında ikişer kat olmak üzere hızlı bir şekilde artıyor.

5.1--Birçok kaynaklara göre 2020 yılı sonunda 1.2 milyon MW'a ulasacagi tahmin edilmektedir. Bu kurulu güçle üretilebilecek elektrik enerjisi dünya elektrik tüketiminin %10'unu karşılayabilecektir.

6—Dünyada Kurulu rüzgâr gücünün %81'i Birleşik Devletler ve Avrupa'dadır. En büyük üretici olan beş ülkenin Birleşik Devletler, Almanya, İspanya, Çin ve Hindistan'dır.

6.1--Danimarka'da üretilen elektriğin hemen hemen % 20 si  rüzgârdan sağlanıyor

6.2—Üretilen Enerjinin Şebeke İçindeki Oranları:

6.2.1-- Danimarka …..%19'un üzerinde), 

İspanya ve Portekiz…..%11'in üzerinde,                                      

Almanya ve İrlanda Cumhuriyeti………… %6'nın üzerinde).

6.2.2--8 Kasım 2009'un sabah saatlerinde, İspanya'daki elektrik arzında……%50 inin üzerindeki enerji rüzgâr enerjisinden sağlandı. Bu durum şebekede hiçbir sorun teşkil etmedi.

6.2.3--Danimarka şebekesi, Avrupa şebekesiyle büyük oranda bağlantılıdır. Rüzgâr gücünün yarıdan fazlasını Norveç'e göndererek şebeke yönetimi problemlerini çözmüş oldu.

7--250 Amerikan hanesinin elektrik tüketimine eşittir. Amerika Rüzgâr Enerji Birliği kayıtlarına göre 2008'de rüzgârdan elde edilen elektrik %1'lik haneyi kapsamakta.

8--Çin 2020'deki yenilenebilir enerji kaynaklarındaki üretim hedefini 30.000 MW olarak açıkladı. Fakat 200ç sonu itibariyle 22.500 MW'a ulaştı ve böyle giderse 2010 sonu itibariyle 30.000 MW'ı geçmesi hiçte zor değil. 2020'de öngörülen değer 253.000 MW'ı aşacak gibi.

9--Hindistan, 200ç yılında 10.925 MW'lık toplam rüzgâr güç kapasitesiyle dünyanın beşinci büyük ülkesiydi. Bu da, Hindistan'da üretilen toplam elektriğin %3'üne denk geliyor.

10--Ortalama 1MW'lık rüzgâr gücü, yaklaşık 250 Amerikan hanesinin elektrik tüketimine eşittir.

11--2040 yılında dünya elektrik ihtiyacının  %20'den fazlasının karşılanmasında rüzgar enerjisinin kullanılacağı tahmin edilmektedir.

12--Avrupa'da en büyük kurulu rüzgar güc santralleri 

23600 MW …..... Almanya'da,                           

16000 MW ……..İspanya'da,  

329 MW………...İtalya,    

3427 MW……….Fransa,                                    

3242 MW……… İngiltere,   

3171 MW…….....Danimarka,    

2225 MW…….....Hollanda ve                                  

1036 MW….. ......İrlanda'da bulunmaktadır.

12.1—200ç’un sonunda dünya çapındaki rüzgâr güç jeneratörlerinin kapasitesi 15ç,2 GW idi. Enerji üretimi ise 340 TW (TeraWatt) idi. Bu da dünyada kullanılan elektriğin %2’si anlamına geliyor.

12.2--Asya kıtasında ise Hindistan ve Çin rüzgar enerji santrallerine önem veren devletler arasındadır.

3—Türkiyede Rüzgar Enerjisi Ölçümleri:

1-- Rüzgar enerjisi santralleri kurulmasının ilk aşaması için gerekli olan  uzun süreli rüzgar hızı ve yoğunluğunun standartlara uygun ölçüm cihazlan ile uygun şartlarda veri toplanması ile Türkiye Rüzgar Atlas'ı oluşturulmuştur.

2-- Türkiye'nin en çok rüzgar alan bölgeleri Türkiye Rüzgar Atlasına göre Marmara Bölgesi, Ege Bölgesi ve sahilleri ile Güney Doğu Anadolu Bölgesidir.

2.1--Marmara Bölgesinde yıllık ortalama rüzgar hızı  3.2 m/s ve yıllık ortalama ruzgar yogunlugu 51 W/m2 olarak ölçülmüştür.

2.2--Güney Doğu Anadolu Bölgesi Bunu yıllık ortalama 2.6 m/s rüzgar hızı ve 2ç W/m2 ortalama rüzgar yoğunluğu ile takip etmektedir.

2.3-- Ege Bölgesi, 2.65 m/s yıllık ortalama rüzgar hızı ve 23.47 W/m2 ortalama rüzgar yoğunlugu ile takip etmektedir.

3--Türkiye'de yerleşim alanları dışında EİEİ  tarafından ölçülen bazı yerlerde 10 m yükseklikteki rüzgar hızı yıllık ortalaması,

3.1--Ege Bölgesi ve diğer  kıyı alanlarında  4.5-5.6 m/s, iç kesimlerde 

3.4-4.6 m/s arasındadır.

4--Yöre olarak en yüksek rüzgar hızı Bandırma yöresinde bulunmaktadır. Bu yörede en yüksek rüzgar hız değerleri yıllık ortalama ile 8.04 m/s olarak hesaplanmıştır.

4.1--Bandırma'dan sonra en yüksek yıllık ortalama rüzgar hızını 7.41 m/s ile Belen yöresi takip etmektedir.

5--Rüzgar hızı  bakımından önemli olan diğer yöreler ise, yıllık ortalama 7.36 m/s rüzgar hızına sahip olan Kocadağ,  7.2 m/s ile Gökçeada ve 6.8 m/s hız ile Gelibolu yöresi gelmektedir.

3.6—Türkiyede Rüzgar Enerjisi Kullanımı:

1--Türkiye dünyada rüzgar enerjisinin kullanılmasına elverisli olan ülkeler arasında yer almaktadır. Dünyadaki gelişime  paralel olarak 2020 yılında Türkiye'de tüketilmesi beklenen elektrik enerjisinin %10'unun rüzgardan karşılanması  hedeflenmektedir. Bunun için gerekli kurulu rüzgar gücü yaklaşık Turkiye'nin ekonomik rüzgar potansiyeline karşılık gelmektedir.

2— Rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üreten yerli tesisler:

1--Bir turizm tesisinde  kurulan 55 kW elektrik üreten rüzgar türbininden üretilen enerji

2--Çeşme Germiyan Koyü'nde kurulan ruzgar türbini

3--Yap-islet-Devret Modeli ile isletmeye açılan Alaçatı'daki ARES adlı 12 adet türbinden oluşan rüzgar enerji çiftliği

4--Yap-islet-Devret modeli ile kurulmuş ve şu anda Türkiye'nin en büyük rüzgar enerjisi santrali olarak Çanakkale-Bozcaada'da bulunan (BORES) ise 10,2 MW gücünde.

5-- 2006 yılında Balıkesir-Bandırma'da 30.00 MW'lik 20 adet rüzgar türbinine sahip rüzgar çiftliği

6--Türkiye'nin en büyük rüzgar gücü santrali olarak 2008 yilinda Balıkesir de 90.00 MW'lik 38 adet 

3.000 kW'lik türbinlerden olusmaktadir.

7--Türkiye'de 200ç ve 2010 yıllarında tamamlanması beklenen Osmaniye-Bahçe'de 135.00 MW'lik            

54 adet 2.500 kW'lik rüzgar çiftliği,

8--Manisa-Soma'da 140.80 MW'lik 176adet 800 kW'hk rüzgar çiftliği  

9--Balıkesir-Kepsut'ta 142.50 MW'lik 57 adet 2.500 kW'lik rüzgar ciftligi kurulma aşamasındadır.

10-- 2010 yılının sonuna kadar Türkiye'de toplam olarak 1.503,35 MW'lik elektrik enerjisinin rüzgar enerjisinden elde edilmesi söz konusudur.

11-- 2000 yılına kadar elektrik enerjisi üreten türbin sayisi 32 adet iken 2000 yılından sonra günümüze kadar bu sayı 341'e ulaşmıştır.

12--2009 yılının sonuna kadar Türkiye'de 835.75 MW'lik rüzgar enerji türbinleri elektrik enerjisi üretimi yapacaklardır.

13--Türkiye'de rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üreten 17 adet rüzgar enerji santrali bulunmaktadır. 

13.1--Bölge olarak incelendigi zaman 200ç yılı  ilk yarısı itibarıyla:                                                        

Marmara Bölgesi'nde toplam…9 adet rüzgar santralinde 261.55 MW,                                                      

Ege Bölgesi'nde toplam ……7 adet rüzgar santralinde 141.80 MW,                                                

Akdeniz Bolgesinde, Hatay Samandagi'nda 1 adet rüzgar santralinde 30.00 MW'lik 15 adet turbinden oluşan bir rüzgar enerji santralinde elektrik enerjisi üretilmektedir.

13.2--402.00 MW'lik 7 adet rüzgar enerji santrali insa halinde olup 15 adet 667.00 MW gücündeki santral için de türbin tedarik sozlesmesi imzalamis, bu rüzgar enerji santralleri ile 1.503,35 MW enerji üretilmesi hedeflenmistir.

13.3--2010 yılının sonuna kadar bu santrallerin faaliyete geçmesi halinde toplam 1.546,15 MW'lik enerji üretilmiş olacaktır.

4--- Sonuç:

4.1--Yapılan araştırmalara göre dünya elektrik ihtiyacının %12'si rüzgardan sağlanması halinde 2020 yılına kadar sera gazı olarak bilinen 11 milyar ton C02 azaltılabilir.

4.2-- AB Kurulu rüzgar gücü ile her yıl 50 milyon tonun üzerinde C02 azaltımı sağlamaktadır. Eğer bugünkü büyüme ayni şekilde devam ederse, 2010 yılına  kadar, rüzgar enerjisi yılda 10ç milyon ton azaltım sağlanacaktır. Bu miktar Kyoto Protokolünde belirlenen miktardan %30 daha fazladır.

4.3-- Uluslararasi Greenpeace Örgutüne gore 2050 yilina kadar dünyada elektrik üretiminin yaklaşık %17,7'si rüzgardan elde edilmesi durumunda 2.455 milyon ton ile C02 emisyonlarında önemli miktarda tasarruf sağlanması mümkün olabilir.

4.4-- Kyoto Protokolüne göre 2020 yılına kadar olan C02 emisyonunu 1/3 azaltma hedefi, 2050 yılına kadar ise bu miktarı yarıya  indirme hedefi, sadece rüzgar enerjisinden yararlanmak suretiyle başarılabilir.

Kaynakça: Mühendis ve Makina • Cilt: 50 Sayi: 5ç3-Cumali KILIC-Yrd. Dog. Dr., Fırat Üniversitesi-Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü

3--1--Türkiyede Rüzgar Enerjisi:

1--Türkiye dünyada rüzgar enerjisinin kullanılmasına elverisli olan ülkeler arasında yer almaktadır.

1.1--Dünyadaki gelişime  paralel olarak 2020 yılında Türkiye'de tüketilmesi beklenen elektrik enerjisinin %10'unun rüzgardan karşılanması  hedeflenmektedir.

1.2--Bunun için gerekli kurulu rüzgar gücü yaklaşık Turkiye'nin ekonomik rüzgar potansiyeline karşılık gelmektedir.

10-- 2010 yılının sonuna kadar Türkiye'de toplam olarak 1.503,35 MW'lik elektrik enerjisinin rüzgar enerjisinden elde edilmesi söz konusudur.

11-- 2000 yılına kadar elektrik enerjisi üreten türbin sayisi 32 adet iken 2000 yılından sonra günümüze kadar bu sayı 341'e ulaşmıştır.

12--2009 yılının sonuna kadar Türkiye'de 835.75 MW'lik rüzgar enerji türbinleri elektrik enerjisi üretimi yapacaklardır.

13--Türkiye'de rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üreten 17 adet rüzgar enerji santrali bulunmaktadır.

13.1--Bölge olarak incelendigi zaman 2009 yılı  ilk yarısı itibarıyla:                                                      

Marmara Bölgesi'nde toplam……. 9 adet rüzgar santralinde 261.55 MW,

Ege Bölgesi'nde toplam ………….7 adet rüzgar santralinde 141.80 MW,                                               

Akdeniz Bolgesinde, Hatay Samandagi'nda 1 adet rüzgar santralinde 30.00 MW'lik 15 adet turbinden oluşan bir rüzgar enerji santralinde elektrik enerjisi üretilmektedir.

13.3--2010 yılının sonuna kadar bu santrallerin faaliyete geçmesi halinde toplam 1.546,15 MW'lik enerji üretilmiş olacaktır.

4--- Sonuç:

4.1--Yapılan araştırmalara göre dünya elektrik ihtiyacının %12'si rüzgardan sağlanması halinde 2020 yılına kadar sera gazı olarak bilinen 11 milyar ton C02 azaltılabilir.

4.2-- AB Kurulu rüzgar gücü ile her yıl 50 milyon tonun üzerinde C02 azaltımı sağlamaktadır. Eğer bugünkü büyüme ayni şekilde devam ederse, 2010 yılına  kadar, rüzgar enerjisi yılda 109 milyon ton azaltım sağlanacaktır. Bu miktar Kyoto Protokolünde belirlenen miktardan %30 daha fazladır.

4.3-- Uluslararasi Greenpeace Örgutüne gore 2050 yilina kadar dünyada elektrik üretiminin yaklaşık %17,7'si rüzgardan elde edilmesi durumunda 2.455 milyon ton ile C02 emisyonlarında önemli miktarda tasarruf sağlanması mümkün olabilir.

4.4-- Kyoto Protokolüne göre 2020 yılına kadar olan C02 emisyonunu 1/3 azaltma hedefi, 2050 yılına kadar ise bu miktarı yarıya  indirme hedefi, sadece rüzgar enerjisinden yararlanmak suretiyle başarılabilir.

4.5—İlk %100 yerli rüzgar türbini vira da üretilmiş bulunmakta.Kamunun yerli türbin üretmekten ziyade vira gibi yerli firmalara teşvik destek vermesi,yerli kamu türbini üretecek firmayı da özerk bir yapıda kurması oldukça önemli.

5—Türkiyede Rüzgar Enerjisi Ölçümleri:

1-- Rüzgar enerjisi santralleri kurulmasının ilk aşaması için gerekli olan  uzun süreli rüzgar hızı ve yoğunluğunun standartlara uygun ölçüm cihazlan ile uygun şartlarda veri toplanması ile Türkiye Rüzgar Atlas'ı oluşturulmuştur.

2-- Türkiye'nin en çok rüzgar alan bölgeleri Türkiye Rüzgar Atlasına göre

1--Marmara Bölgesi

2--Ege Bölgesi ve sahilleri             

3--Güney Doğu Anadolu Bölgesidir.

2.1-- yıllık ortalama rüzgar hızı  ve yıllık ortalama ruzgar yogunlugu

2.1--Marmara Bölgesinde…… 3.2 m/s………51 W/m2

2.2--GDoğu Anadolu Bölgesi…2.6 m/s…….. 29 W/m2

2.3-- Ege Bölgesi…………2.65 m/s…… 23.47 W/m2

3--Türkiye'de yerleşim alanları dışında EİEİ  tarafından ölçülen bazı yerlerde 10 m yükseklikteki rüzgar hızı yıllık ortalaması,

3.1--Ege Bölges-kıyı alanlarında....  4.5-5.6 m/s,

iç kesimlerde............ 3.4-4.6 m/s arasındadır.

4--Yöre olarak en yüksek rüzgar hızı

Bandırma yöresinde ………..8.04 m/s  

Belen………………………. 7.41 m/s                                                                        

Kocadağ ……………………7.36 m/s                                                           

Gökçea………………………7.2 m/s

Gelibolu yöresi……………… 6.8 m/s hız ile gelmektedir.

Kaynakça: Mühendis ve Makina • Cilt: 50 Sayi: 593-Cumali KILIC-Yrd. Dog. Dr., Fırat Üniversitesi-Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü

2--Dünyada Rüzgar Enerjisi:

1--Rüzgar enerjisine bağlı teknoloji ile son yıllarda rüzgar güç santrallerinde 200 MW kapasite değerine ulaşmıştır.

2—Yıllara göre dünyada kurulu rüzgar gücü-MW olarak:

1990 …… …………….2160 MW

1999…………………...13932 MW

2010……………………181000 MW'a

ulaşması beklenmektedir.

3--2009 yılı Ocak ayı itibarıyla dünyada işletmede olan rüzgar enerji santrallerinin kurulu gücü 115254 MW olarak hesaplanmıştır.

4--Bu gücün 

63889 MW'i………Avrupa

25408 MW ............ABD

19524 MW…. .......Asya

2870 MW………Pasifik ülkeleri

2246 MW…… …Kanada

670 MW…………Latin Amerika

647 MW…. ….Orta Dogu ve Afrika ülkelerinde bulunmaktadır.

5--Enerji üretimi, 2007, 2008 ve 2009 yıllarında ikişer kat olmak üzere hızlı bir şekilde artıyor.

5.1--Birçok kaynaklara göre 2020 yılı sonunda 1.2 milyon MW'a ulasacagi tahmin edilmektedir. Bu kurulu güçle üretilebilecek elektrik enerjisi dünya elektrik tüketiminin %10'unu karşılayabilecektir.

6—Dünyada Kurulu rüzgâr gücünün %81'i Birleşik Devletler ve Avrupa'dadır. En büyük üretici olan beş ülkenin Birleşik Devletler, Almanya, İspanya, Çin ve Hindistan'dır.

6.1--Danimarka'da üretilen elektriğin hemen hemen % 20 si  rüzgârdan sağlanıyor

6.2—Üretilen Enerjinin Şebeke İçindeki Oranları:

Danimarka....……........................%19        

İspanya ve Portekiz…….....……...%11                                                                         

Almanya ve İrlanda Cumhuriyeti…... %6

6.2.2--8 Kasım 2009'un sabah saatlerinde, İspanya'daki elektrik arzında……%50 inin üzerindeki enerji rüzgâr enerjisinden sağlandı. Bu durum şebekede hiçbir sorun teşkil etmedi.

6.2.3--Danimarka şebekesi, Avrupa şebekesiyle büyük oranda bağlantılıdır. Rüzgâr gücünün yarıdan fazlasını Norveç'e göndererek şebeke yönetimi problemlerini çözmüş oldu.

7--250 Amerikan hanesinin elektrik tüketimine eşittir. Amerika Rüzgâr Enerji Birliği kayıtlarına göre 2008'de rüzgârdan elde edilen elektrik %1'lik haneyi kapsamakta.

8--Çin 2020'deki yenilenebilir enerji kaynaklarındaki üretim hedefini 30.000 MW olarak açıkladı. Fakat 2009 sonu itibariyle 22.500 MW'a ulaştı ve böyle giderse 2010 sonu itibariyle 30.000 MW'ı geçmesi hiçte zor değil. 2020'de öngörülen değer 253.000 MW'ı aşacak gibi.

9--Hindistan, 2009 yılında 10.925 MW'lık toplam rüzgâr güç kapasitesiyle dünyanın beşinci büyük ülkesiydi. Bu da, Hindistan'da üretilen toplam elektriğin %3'üne denk geliyor.

10--Ortalama 1MW'lık rüzgâr gücü, yaklaşık 250 Amerikan hanesinin elektrik tüketimine eşittir.

11--2040 yılında dünya elektrik ihtiyacının  %20'den fazlasının karşılanmasında rüzgar enerjisinin kullanılacağı tahmin edilmektedir.

12--Avrupa'da en büyük kurulu rüzgar güc santralleri                                                 

23600 MW ….. ……….Almanya                                                                            

16000 MW ……............İspanya

3290 MW……….............italya 

3427 MW………………Fransa 

3242 MW……………...İngiltere

3171 MW………...........Danimarka

2225 MW………………Hollanda ve                                                                         

1036 MW……………… irlanda'da bulunmaktadır.

12.1—2009’un sonunda dünya çapındaki rüzgâr güç jeneratörlerinin kapasitesi 159,2 GW idi.

12.1.1--Enerji üretimi ise 340 TW (TeraWatt) idi. Bu da dünyada kullanılan elektriğin %2’si anlamına geliyor.

12.2--Asya kıtasında ise Hindistan ve Çin rüzgar enerji santrallerine önem veren devletler arasındadır.

3--Rüzgar Türbini Teknolojisi ve Hesapları:

1--Bir rüzgâr türbini genel olarak kule, jeneratör, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrik-elektronik elemanlar ve pervaneden oluşur.

2--Rüzgârın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Pervane milinin devir hareketi dişli kutusu ile hızlandırılarak gövdedeki jeneratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya doğrudan alıcılara yada satılmak üzere şebekeye ulaştırılır.

3--Kullanımdaki rüzgâr türbinleri boyut ve tip olarak çeşitlilik gösterse de, genelde dönme eksenine göre sınıflandırılır. Rüzgâr türbinleri dönme eksenine göre “Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri” (YERT) ve "Düşey Eksenli Rüzgâr Türbinleri” (DERT) olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar.

4—Rüzgar Türbininin Yıllık Enerji Üretimi:Rüzgâr hızının sabit olmadığından dolayı, rüzgâr tarlasının yıllık enerji üretimi,toplam 365x24=8760 h lik sürenin kapasite faktörü ve türbin gücü ile çarpımı ile bulunur.

Tipik olarak kapasite faktörü

Rüzgar Türbini……………………%25 ile 40

gaz türbini santralında…………… % 5-25

Nükleer Santral da……………….. % 65-85

Hidrolik…………………………… %30-50

Kömür…………………………….. % 65-85 civarındadır.

5—Birim fiyatları:Dengelenmiş Birim Enerji Maliyet Aralığı ($ cent/kWh)

Kömür…………………..4,8 -5,5

Doğal Gaz………………3,9 -4,4

Hidroelektrik…………...5,1 -11,3 

Biyokütle……………….5,8 -11,6

Nükleer…………………11,1 - 14,5

Rüzgar …………………..4,0 - 6,0 

5.1--Rüzgar Santralı Maliyeti:

1--Standart bir rüzgâr santralı yapımında

inşaat mühendisliğine ait iş kalemlerinin toplam maliyetteki yaklaşık payı,

%4’ü........................... temel-yapı,

%2’si........................... arazi düzenlemesi

%1’i de ........................yollar olmak üzere toplam %7 civarındadır.

2--Kurulu gücü 1,5 MW, kanat çapı 77 m olan ve 20 yıllık ekonomik ömürlü bir santral için maliyetin 2.000.000 ABD doları mertebesinde olduğu kabul edilirse yapı işinin tutarının 140.000 ABD dolarından fazla tuttuğu kabul edilebilir.

6--Bir Rüzgar Türbinin Üretebileceği Teorik Güç Hesabı:

6.1—Teorik Güç Hesabı:   P(w)= ½.q.A. V ³ .c=0,5x1,225x3,14x D²x0,25x V ³x0,59=0,28x D²x V ³

P = teorik güç(W) ,

A = 3.14xD² /4 (rotor süpürme alanı) (m²)  ,

D = Rotor çapı(m) ,                                                   

V = Rüzgar hızı( m/s)

c = Rüzgar türbin verimliliği (ideal şartlarda bu değer 0,5ç alınır) ,                                  

q= Hava yoğunluğu (1.225 kg/m 3 )

6.2—Maksimum Teorik Güç Hesabı: 

6.2.1--Üslü ifade olarak  P(kw)=0,18.D(üzeri 2,16)  veya

6.2.2--ortalama doğrusal ifade olarak p(kw)=35.D(m)-700 ifadesinden yaralanılabilir.

6.2.3--Yada D(m) çapa bağlı maksimum güç p(kw) tablosu olarak:

10m…………………….25kw                                                                         

17m…………………….100 kw                                  

27 m……………………225 kw

33m…………………….300 kw

40 m…………………….500 kw

44 m…………………….600 kw

48 m……………………..750kw                                                                                  

54 m……………………1000 kw

64 m…………………….1500kw

72 m……………………2000 kw

80 m…………………….2500 kw

Yaklaşık Formül: P(kw)=35xd(m)-700

7--Rüzgardan üretilen elektrik enerjisinin türbin göbek (hub) yüksekliğindeki ortalama rüzgar hızının bir fonksiyonu olarak sınıflanması aşağıda verilmektedir. Buna göre bulunulan yerin ortalama rüzgar hızı ;  rüzgar hızı enerji açısından

6.5 m/s……………….. orta düzey                                                                               

7.5 m/s ………………..iyi düyez  

8.5 m/s ve yukarısı…….çok iyi

olarak değerlendirilmektedir.

8--Büyük rüzgar türbinleri saniyede 15 metre hızla dönmektedir.

ç--Teorik olarak üretilen enerjinin artması için pervane çapının artması gerekmektedir. Bu da rüzgar türbininin yüksekliğinin de artması anlamına gelir. Bu sayede daha fazla rüzgar alıp daha hızlı bir dönme hareketi sağlanır.

10--Genellikle rüzgar türbinleri saatte 33 mil hızla döndüklerinde tam kapasite olarak çalışmaktadırlar.

11--Saatte 45 mil (20 metre / saniye) hızına çıktıklarında ise otomatik olarak sistem durmaktadır.

12--Türbinin fazla hızlanması halinde sistemi durduracak birçok kontrol bulunmaktadır. En genel sistem fren sistemidir.Pervane 45 mil/saatte hızına ulaştığında dönme işlemini durdurur.

13-- Diğer güvenlik sistemleri:

13.1--Açı Kontrolü : Pervane yüksek hızlara çıktığında, üretilen enerji de çok fazla olmakta. Bu gibi durumlarda pervanelerin açılarını değiştirip daha yavaş bir dönme hareketi elde edilmektedir.

13.2--Pasif Yavaşlatıcı: Genellikle pervaneler ve motor bloğu sabit bir açıyla ayarlanmışlardır. Ancak rüzgar çok hızlı estiği zamanlarda pervanenin tepe taklak olmasını engellemek için rüzgarın tersi yönde pervanenin açısını değiştirip hızın azaltılmasına çalışılır.

13.3--Aktif Yavaşlatıcı: Açı kontrol sistemine benzer bir sistemdir. Üretilen gücün fazla olması durumunda pervane ve motor bloğunun açısını değiştirmeye yarayan sistemdir.

14--Kurulması fazla zaman almadığı için termik ve hidrolik güç santrallerine göre daha çabuk kurulur. Rüzgar çiftliklerinin söküm maliyetleri yoktur. Çünkü sökülen türbinlerin hurda değeri söküm maliyetlerini karşılamaktadır. Bu çiftliklerin ömürlerini tamamlamasından sonra turbinlerin kullanıldığı alan eski haline kolayca getirilebilmektedir.

15--Rüzgar santrali içinde veya etrafında tarım ve sanayi faaliyetleri yapılabildiği  için arazi dostudur. Rüzgar çiftlikleri kuruldukları alanın  sadece %1'lik bir bölümünü işgal ederler ve geri kalan kısımlar tarımsal faaliyetlerde rahatlıkla kullanılabilir.

16--Büyük rüzgar türbinleri, rüzgar çiftligi olarak adlandırılan diziler halinde kurulmaktadır.

16.1--Bir rüzgar çiftliginin yaklaşık toplam gücü 1150 MW arasında değişmektedir.

16.2--Tek bir türbinin gücü 50 kW'tan 5 MW'a kadar olabilir.

16.3--Ancak günümüzde ekonomik şartlar altından 500 kW'tan küçük türbinler pek fazla kullanılmamaktadır.

16.4--Ancak bu küçük türbinler, genellikle şebekenin olmadığı ya da ulaşımın ekonomik olmadığı yerlerde uygulanır. Şehir dışında bulunan yerleşim yerleri ile tesisler, küçük türbinler için oldukça uygun olan kullanım yerleridir.

4--Rüzgar Türbinlerini Sınıflandırma:

1.1--Eksenlerine Göre Rüzgar Türbinleri:

1--Düşey Eksenli Rüzgar Türbinleri:

1.1--Bu türbin modelleri ‘yaw mekanizmasına’ ihtiyaç duymazlar, ayrıca generatör ve dişli kutusu yer seviyesinde bulunur.Yaw mekanizması; rüzgar türbinlerinin rüzgarı alacak şekilde dönmelerini sağlayan hidrolik ya da mekanik aksamlar tarafından sağlanan sistemlerdir

1.2--Düşey eksenli rüzgar türbinleri düşük rüzgar hız seviyelerinde üretim yapabilirler fakat buna karşın dişli kutusu maliyetleri ve bakımları masraflıdır.

1.3--Ayrıca yüksek moment değerleri söz konusu olmaktadır.

1.3.1--Savonius rüzgar türbin sistemleri ise iki adet yatay disk arasına yerleştirilmiş ve merkezleri birbirlerine göre simetrik olarak kaydırılmış iki adet yarım silindirden oluşmaktadır. Silindirlerin iç kısımlarında pozitif ve dış kısımlarında negatif moment oluşmaktadır. Pozitif moment, negatif moment değerinden büyük olursa türbin pozitif moment yönünde hareket eder.

2-- Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri

2.1--Yatay eksenli rüzgar türbin modellerinde dönme eksenleri rüzgar yönüne paralel ve kanatlar rüzgar ile belirli açı yapacak şekilde farklı kanat sayılarına sahip olabilirler.

2.2--Bu rüzgar türbin modelleri yaw mekanizmasına ihtiyaç duyarlar. Kule masrafları fazla olmakla birlikte karasal alanlara kurulabildikleri gibi deniz üstlerine de kurulabilirler.

2--Rüzgar Hızlarına Göre Rüzgar Türbinleri

1-- Değişken hızlı sistemlerin, sabit hızlı sistemlere göre bazı önemli avantajları

1.1--Türbin hızı, çıkış gücünü en üst düzeye çıkarabilecek şekilde rüzgar hızının bir fonksiyonu olarak ayarlanabildiği için yıllık enerji üretimi artar. Türbin aerodinamiğine ve rüzgar rejimine bağlı olarak,yıllık enerjiye ortalama %10 oranında bir katkı sağlanır.

1.2--Sistem, gücün en uygun şekilde düzenlenmesine imkan sağladığı için mekaniksel baskılar azalır.

1.3--Rüzgar ve mekaniksel sistemlerden kaynaklanan ve çıkış gücünde değişime sebep olan anlık durumlar önemli ölçüde azalır. Türbin ani ve çok kuvvetli rüzgara maruz kaldığında, mekaniksel sistemin eylemsizliği rotor hızını artırıp artık enerjiyi emerek, elektriksel sistemin şebekeye sabit güç aktarmasına engel olmaz.

1.4--Güç kalitesi, güçteki dalgalanmalar azaltılarak iyileştirilebilir. Güçteki dalgalanmaların azalması,gerilimin nominal değerinden uzaklaşmasını da önleyecektir. Bu da rüzgar gücünün şebekedeki etkisini arttıracaktır.

1.5--Kanat eğim açısının kontrol zaman sabiti, daha yüksek olabileceğinden, kanat eğim mekanizmasının karmaşık kontrol sistemi daha basit bir şekilde yapılabilmektedir.

1.6--Akustik gürültü azalacaktır. Yerleşim bölgelerinin yakınlarına kurulan rüzgar çiftliklerinde gürültü önemli bir problem olmaktadır.

1.7--Değişken hızlı sistemlerin dezavantajları ise; generatör ve şebeke arasındaki bağlantı için gerekli güç konverterlerinin karmaşıklığı ve maliyetin yüksek olmasıdır.

2.1-- Sabit Hızlı Rüzgar Türbinleri

1--Sabit hızlı rüzgar türbinlerinde rüzgar hızı belirli bir hız değerinin üzerinde ise dişli kutusu aracılığı ile rotor hızı sabitlenir.

2--Bu rüzgar türbin sistemlerinde reaktif güç kompanzasyonunu azaltmak için bir soft-starter ve kapasitör grubu ile şebekeye doğrudan bağlanmış bir indüktif generatöre sahip olmaları gerekmektedir.

3--Dişli kutusuna sahip olmalarından ve rüzgar hızlarında meydana gelen değişimler mekanik torkta ve buradan da şebekeye olumsuz etki olarak yansımaktadır.

2.2--Değişken Hızlı Rüzgar Türbinleri

1--Değişken hızlı rüzgar türbinleri, geniş rüzgar hız aralıklarında kanatların farklı açılar ile konumlanabilmeleri sonucu çalışabilen rüzgar türbin modelleridir.

2--Dişli kutusuna ihtiyaç duymazlar. Bu nedenle verimleri yüksektir. Reaktif gücün kontrol edilebilir en iyi karakteristiklere sahiptirler fakat güç elektroniği maliyetleri yüksektir .

3--Kanat Sayılarına Göre Rüzgar Türbinleri

3.1--Tek Kanatlı Rüzgar Türbinleri

1--Tek kanatlı rüzgar türbinlerinde, dönme hızının ve kanat uç hız oranının yüksek olmasından dolayı generatörün sağladığı moment, küçük değerli olmaktadır.

2--Bu tür sistemlerde dengeyi sağlamak için karşıt yükler kullanılır. Fakat bu durum aerodinamik ve tasarım problemlerini ortaya çıkarır. Kanat uç hız oranlarının yüksek olmasından dolayı gürültü seviyeleri de yüksektir.

3.2-- Çift Kanatlı Rüzgar Türbinleri

1--Çift kanatlı olarak üretilen rüzgar türbinlerinde motor milinde meydana gelen dinamik hareketleri önlemek için yapılan tasarımlar ve rotor milinde oluşacak titreşimleri azaltmak için rotor şaftına dikey ve iki rotor kanadına dik olacak şekilde konumlandırılmış ‘kadran’ sistemleri bulunur.

2--Tek kanatlı rüzgar türbin modelleri kadar olmasa da kanat uç hız oranları yüksektir. Buna rağmen düşük rüzgar hızlarında elektrik enerji üretebilirler. Fakat gürültü seviyeleri yüksektir.

3.3--Üç Kanatlı Rüzgar Türbinleri

1--Üç kanatlı rüzgar türbinlerinde oluşan döndürme momenti kanatlara daha düzgün ve eşit olarak dağılımı gerçekleşir.

2--Bu tür rüzgar türbin yapılarının milinde atalet momentleri oluşmadığından ek donanımlara ihtiyaç duymazlar.

3--Kanat uç hız oranları düşüktür ve bundan dolayı gürültü seviyeleri azdır.

4--Çok Kanatlı Rüzgar Türbinleri

1-- Çok kanatlı olarak üretilmelerinin nedeni bu tür işlerde yüksek moment değerlerine ihtiyaç olmasıdır.

2--Kanat profilleri ise, pervane orta noktasından kanat uçlarına ilerledikçe kanat genişlikleri artar.

3--Bu rüzgar türbinlerinde dişli kutusu kullanılarak devir sayıları artırılır.

4--İki kanatlı türbinler, üç kanatlı türbinlere göre % 2-3 daha az verimlidir.

5--Tek kanatlı türbinler ise; iki kanatlı türbinlerden % 6 daha az verimlidir.

6--Ayrıca tek kanatlı türbinlerde dengeleyici olarak karşıt ağırlık kullanılır.

7--Yüksek rüzgar hızlarında çalışan bu tip türbinlerde kanat sayısı artıkça verim artar.

4--Rüzgarı Alma Yönlerine Göre Rüzgar Türbinleri

4.1-- Rüzgarı Önden Alan Türbinler

1--Rüzgarı önden alan rüzgar türbin modellerinde kulenin arka tarafında oluşacak rüzgar gölgeleme etkisine çok az maruz kalırlar. Kule yuvarlak ve düz olsa bile kanadın kule hizasından her geçişinde rüzgar türbinin üreteceği güç biraz azalır. Bu olumsuzluğu gidermek için rotor kanatları sert malzemeden üretilmektedir.

2--Bu tür rüzgar türbin tasarımlarında, rotor yüzeyi rüzgar yönünde ve dik konumdadır. Ayrıca yaw mekanizmaları da bulunur.

4.2-- Rüzgarı Arkadan Alan Türbinler

1--Rüzgarı arkadan alan rüzgar türbin modellerinde rotor yüzeyi kulenin arkasında bulunur. Bu nedenle yaw mekanizmasına ihtiyaç duymazlar.

2--‘Nacelle’ ile rotorun uygun tasarımı yapılmış ise nacelle rüzgarı pasif olarak takip eder .

3--Rüzgarı arkadan alan rüzgar türbinlerinde rotor kanatları esnek özelliğe sahip olabilirler. Bunun avantajı olarak kule yükü azalır. Fakat kanatlar kule hizasından her geçişinde meydana gelen güç dalgalanmaları fazla olur ve bunun sonucu olarak kulenin yarattığı türbilans rüzgar türbinlerinin verimlerini düşürür

5--Güç Kontrol Sistemlerine Göre Rüzgar Türbinleri

5.1-- Durma (Stall) Kontrollü Rüzgar Türbinleri

1--Rüzgar türbin hızının istenilen değerler arasında kalmasını sağlayan aktif fren kontrol sistemleridir.

2--Tercih edilme nedenleri, uygun fiyatları, az bakım gerektirmeleri, basit ve sağlam olmasıdır.

3--Buna karşın nominal hızın üzerindeki rüzgar hızlarında güç değerleri düşüktür. Bu kontrol sistemlerinde, rotor kanatları rüzgar türbininin ‘hub’ sistemine sabit açılar ile sabitlenmiştir

5.2-- Eğim (Pitch) Kontrollü Rüzgar Türbinleri

1--Pitch kontrollü rüzgar türbin modellerinde rotor kanatları; mekanik veya hidrolik sistemler ile rüzgar hızlarına göre kendi eksenleri etrafında dönebilecek şekilde konumlandırılmışlardır.

2--Nominal hızın üzerindeki değerlerde sabit güç üretimi sayesinde daha kaliteli çıkış sağlarlar. Bu güç kalitesi pitch kontrolörün hızına ve duyarlılığına bağlıdır.

3--Pitch kontrollü rüzgar türbin sistemlerinin avantajları arasında gücün kontrol edilebilir olması, kontrollü başlatma ve acil durdurma yeteneklerinin bulunması sıralanabilirken, dezavantajları olarak da yüksek rüzgar hız değerlerindeki küçük değişimler çıkış güç değerinde büyük değişimlere neden olması gösterilebilir.

6--Şebeke Bağlantı Şekillerine Göre Rüzgar Türbinleri

6.1-- Şebeke Entegrasyonlu Rüzgar Türbinleri

1--Şebeke entegrasyonlu rüzgar türbin modellerinde işletme gerilim ve frekans değerlerinin önemi kadar, arıza durumlarında sistemde belirli bir süre kalabilme gibi özel durumları söz konusudur.

2--Ayrıca rüzgar türbinlerinin yüke daha yakın olması kayıpları, reaktif güç kompanzasyon gerekliliğini ve sistem kararlılığına ters etkisini azaltır.

3--Şebeke entegrasyonlu rüzgar türbin tasarımlarında, şebeke üzerinde bozucu etkiler söz konusu olabilmektedir. Bu bozucu etkiler ise, sistem dinamiği ve kararlığı, frekans kontrolü ve konvansiyonel santrallerde sık sık yük alma/atma ve reaktif güç kontrolü ve gerilimi, büyük rüzgar santrallerinin planlanmasında yaşanabilecek sürekli hal sorunları, güç katılımının etkileri, kısa devre arızaları ve şebekeyi besleme kapasite sınırları şeklinde sıralanabilir.

6.2--Şebeke Entegrasyonsuz Rüzgar Türbinleri

1--Enterkonnekte şebekeden bağımsız olarak çalışan rüzgar türbin sistemleri elektrik nakil hatlarının ulaşamadığı kırsal bölgelerde veya bir sistemin enerjisini karşılamak üzere kurulabilir.

2--Bu tür sistemlerde üretilen elektrik enerjisi doğru akıma çevrilir ve daha sonra işletmenin ihtiyaç duyduğu gerilim ve frekansta alternatif akıma dönüştürülür. Bu işlemin amacı ise doğrultma işlemi ile çıkış gerilimini regüle etmek, DA-DA kıyıcı ile elektromanyetik torku ve inverter tarafındaki konverter ile de girişin güç faktörünü kontrol etmektir.

7--Kullanılan Generatörlere Göre Rüzgar Türbinleri

7.1-- Rüzgar Türbinlerinde Kullanılan Generatörler

1--Rüzgar türbininin ürettiği mekanik enerjiyi minimum kayıpla elektrik enerjisine dönüştürmek için, farklı hız ve çıkış kombinasyonları kullanılmaktadır. Rüzgar türbinlerinde üç çeşit generatör kullanılmaktadır.

1) Doğru akım generatörü,

2) Senkron generatör,

3) Asenkron generatör.

2--Küçük güçlü sistemlerde eskiden çok kullanılan doğru akım (d.a.) generatörü, günümüzde yerini genellikle senkron veya asenkron generatörlere bırakmıştır.

3--Senkron ve asenkron generatörler daha çok orta ve büyük güçlü sistemlerde yaygın olarak kullanılırlar

7.1-- Doğru Akım Generatörler

1--Rüzgar türbin sistemlerinde kullanılan doğru akım generatörlerinin bakım gereksinimleri olmasına ve güvensiz çalışma şartlarına rağmen yaygın olarak tercih edilmektedir.Bunun nedeni ise hız kontrollerinin basit olmasıdır.

2--Doğru akım generatörlerinin sahip olduğu komütatör sistemlerinden arındırmak için zaman ile sürekli mıknatıslı olarak tasarlanmaya başlanmıştır. Fırçasız doğru akım generatörleri olarak da adlandırılan bu generatörler, sürekli mıknatısların manyetik akı güçlerinin kapasitesine göre rüzgar türbin sistemlerinde kullanılmaktadır.

7.2-- Asenkron Generatörler

1--Asenkron generatörlerin rüzgar türbin sistemlerinde tercih edilme nedenleri, uygun fiyatları, dayanıklı ve mekanik olarak basit olmalarıdır.

2--Bu özelliklerine karşın uyarma akımı için harici bir kaynağa ihtiyaç duymaları ve stator sargılarının reaktif bir mıknatıslanma akımına ihtiyaç duymaları gibi olumsuz özelliklere sahiptirler.

3--Harici kaynağa ihtiyaç duymalarından dolayı reaktif güç harcarlar. Bu reaktif güç, şebeke veya güç elektroniği devrelerinden karşılanır.

4--Stator sargılarının reaktif mıknatıslanmaya ihtiyaç duymaları ise asenkron generatörlerinin sadece şebekeye bağlı olduğu durumda karşılanır. Meydana gelen bu manyetik alan, sargı kutup sayısı ve akımın frekansı tarafından belirlenen hızda döner.

5--Senkron hızı aşan hızlarda dönerse, nispi bir hareket tarafından dönen stator manyetik alanı ile rotor sargıları arasında elektrik alan indüklenir. Bunun sonucu olarak rotor sargılarından akım geçer. Rotor manyetik alanı ile stator manyetik alanı etkileşimi sonucu, rotor üzerinde tork meydana gelir.

6--Asenkron generatörler yapılarına göre; sincap kafesli asenkron generatörler ve rotoru sargılı asenkron generatörler olarak tasarlanmaktadır.

7.2.1— Çift Beslemeli Asenkron Generatörün Avantajları:

1--Sadece rotorun kayma gücünü kontrol etmeye yarayan konverter sistemine sahip olduğu için, toplam sistem gücünün yaklaşık %25 ’i oranında bir inverter kullanılmaktadır. Bu da inverter maliyetini azaltır.

2--Sistemde kullanılan filtreler toplam sistem gücünün 0.25 p.u.’lik kısmı için gerekli olduğundan, inverter filtrelerinin maliyeti azalmaktadır. Aynı zamanda inverter harmonikleri, toplam sistem harmoniklerinin daha küçük bir bölümünü temsil etmektedir.

3--Ayrıca bu makina harici bozucu etkilere karşı dayanıklılık ve kararlılık göstermektedir.

4--ÇBAG için en büyük dezavantaj bünyesinde periyodik bakıma ihtiyaç duyan bilezik tertibatının bulunmasıdır

7.2.2—Sincap Kafesli Asentron Generatörün ’nin sağladığı avantajlar :

1--Sincap kafesli asenkron makinalar, fırçasız, güvenilir, ekonomik ve sağlam bir yapıya sahip olmaları nedeniyle uygulamada sıkça kullanılmaktadırlar.

2--Doğrultucu, generatör için programlanabilir bir uyartım oluşturabilmektedir.

3--İnverter, harmonik kompanzatör olarak çalıştırılabilmektedir.

4--Generatör parametrelerinin sıcaklık ve frekansla değişerek sistemin kontrolünü karmaşıklaştırması ve stator tarafındaki konverterin, makinanın ihtiyaç duyduğu manyetik alanı sağlamak için nominal güce göre %30-%50 oranında daha büyük ölçülerde yapılması, bu sistemin dezavantajları arasında yer alır

5-- Bir rüzgar santralinin performansı, santralin kurulacağı bölgenin rüzgar rejimine ve türbin tipine en uygun generatörün kullanılmasına bağlıdır.

5.1--Küçük ve orta güçlü rüzgar güç sistemlerinde hem Sincap Kafesli Asenkron Generatör, hem de Daimi Mıknatıslı Senkron Generatör kullanılır.

5.2--Büyük güçlü rüzgar güç sistemleri için ise hem Çift Beslemeli Asenkron Generatör, hem de senkron generatör tercih edilir.

5.2.1—Dalga Genişlik Modülasyonlu-DGM sistemin giriş ve çıkışındaki akım harmoniklerini azaltacağı için, DGM tekniğine göre anahtarlama yapabilen,back-to-back gerilim kaynaklı dört bölgeli güç konverteri tercih edilir. Böylece, generatör üzerindeki tork

titreşimleri azalır ve çıkış gücünün kalitesi artar.

7.3--Senkron Generatörler

1--Rüzgar türbin sistemlerinde kullanılan senkron generatörler, sabit hızın istenildiği tasarımlarda kullanırlar. Senkron makinalar, inverter veya ayarlı gerilim ve frekans kaynağı tarafından beslenirse hız kontrolleri yapılabilir.

2--Ayrıca uygun kutup sayısı ile dişli sistemlerine gereksinim duyulmaz. Bu üstünlüklerinden dolayı değişken hızlarda da kullanılabilir.

3--Senkron generatörleri doğru akım generatörlerine göre boyutları ve atalet momentleri küçük, asenkron generatörlerine göre ise verimleri ve güç faktörleri yüksektir.

4--Senkron generatörler, reaktif mıknatıslanma akımına ihtiyaç duymazlar. Bu nedenden dolayı reaktif güç harcamazlar ve daha kaliteli güç çıkışına sahiptirler. Bu avantaj ile rüzgar santrali küçük kapasiteli şebekelere uzun ve düşük gerilimli hatlar ile bağlandığı zaman daha ön plana çıkar.

5--Senkron generatörler, tam güç kontrolü için uygun tasarımlardır. Çünkü şebekeye bir güç konverteri ile bağlanırlar. Buradaki konverterin temel amaçları; yapısal olarak bora etki niteliğindeki rüzgar hızlarının neden olduğu güç dalgalanmaları ve şebeke tarafından gelen geçici rejimler için bir enerji tamponu gibi davranarak ve mıknatıslanmayı kontrol ederek şebeke frekansı ile senkron kalarak meydana gelebilecek sorunları önlemektir.

6--Senkron generatörlerde manyetik alan, alan sargıları veya sürekli mıknatıslar tarafından sağlanır. Bu tasarımlara göre senkron generatörler; rotoru sargılı senkron generatörler ve sürekli mıknatıslı senkron generatörler olmak üzere ikiye ayrılırlar.

7--Mıknatısların kullanılması, uyarma kayıplarını ve generatörde meydana gelen fırça ve kollektör kayıplarını ortadan kaldırmaktadır. Diğer üstünlükleri ise, sürekli mıknatısların kullanılması verimi artırır. Hava aralığı indüksiyonları arttığı için boyutları ve ağırlıkları azalır.

8--Dinamik performansları ve güç faktörleri rotoru sargılı senkron generatörlerden fazladır.

9--Harici uyarma kaynağına ihtiyaç olmaması termik sınırları genişletmektedir. Ayrıca bakım masrafları azdır.

10--Bu üstünlüklerinin yanında sahip olduğu olumsuzluklar ise, sürekli mıknatısların ve bu mıknatısların montaj maliyetlerinin fazla olması ve zaman ile mıknatıslık özelliklerinin bozulmasıdır.

7.3.1--Daimi Mıknatıslı Senkron Genarratörün ’nin dezavantajları şunlardır:

1--Makinanın fiyatını arttıran daimi mıknatısların maliyeti yüksektir.

2--Akımın genliğini arttıran diyotlu doğrultucular kullanılmaktadır.

3--Mıknatıs malzemesinin manyetikliği bozulabilmektedir.

4--Makinanın güç faktörünün kontrol edilmesi mümkün değildir.

8—Rüzgar Türbinlerini Sınıflandırma:

Ölçek……………. Rotor Çapı (m)……. Güç (kW)

Mikro……………. 3’den küçük……………… 0.05-2

Küçük……………. …3-12 ……………………..2-40

Orta………………… 12-45………………….40-1000

Büyük………………. >45 …………………….>1000

9- Rüzgar Santralı Maliyeti:

9.1--Standart bir rüzgâr santralı yapımında inşaat mühendisliğine ait iş kalemlerinin toplam maliyetteki yaklaşık payı,

%4’ü……………. ………….temel-yapı,

%2’si ……………………….arazi düzenlemesi ve

%1’i de ………………………yollar olmak üzere toplam %7 civarındadır.

9.2--Kurulu gücü 1,5 MW, kanat çapı 77 m olan ve 20 yıllık ekonomik ömürlü bir santral için maliyetin 2.000.000 ABD doları mertebesinde olduğu kabul edilirse yapı işinin tutarının 140.000 ABD dolarından fazla tuttuğu kabul edilebilir

Kaynak:

1--Değişken Hızlı Rüzgar Türbinleri İçin Generatör Sistemleri-Murat UYAR Muhsin Tunay GENÇOĞLU* Selçuk YILDIRIM-Fırat Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi-Elektrik Eğitimi Bölümü, 23119, ELAZIĞ-muyar@firat.edu.tr-syildirim@firat.edu.tr-*Fırat Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi-Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, 23279, ELAZIĞ-mtgencoglu@firat.

2-- Rüzgar Türbin Sistemlerinin Karşılaştırılması--Soner ÇELİKDEMİR1 Mehmet ÖZDEMİR2-1Bitlis Eren Üniversitesi 2Fırat Üniversitesi--Adilcevaz Meslek Yüksekokulu Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü--scelikdemir@beu.edu.tr mozdemir@firat.edu.tr

4--Rüzgar Enerjisi Tahmin Modelleri:

1. Giriş

1--Avrupa Birliği ülkeleri, 2001\77\EC nolu direktifine göre, 2010 yılında tükettikleri enerjinin ortalama % 22’sini yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlayacaklarını taahhüt etmişlerdir (Yönerge, 2001).

1.1--Ülkelerinde elektrik dağıtımı yapan şirketler ülkelerindeki mevzuat gereği enerjinin belli bir kısmını yenilenebilir enerji kaynaklarından (YEK) karşılamak zorundadırlar.

2--Günümüzde YEK kullanımı en fazla rüzgar enerjisi yolu ile olmaktadır. Şirketler bu amaçla planlama yaparken rüzgar elektrik santralarına ağırlık vererek YEK kullanım portföyünü doldurabilmek için en azından 0-48 saate kadar olan enerji planlamalarını yapabilmek istemektedirler.

3--Kısa süreli tahmin modelinin kullşanılmasının en önemli yanlarından birisi de; liberalleşen enerji piyasası ile ortaya çıkan spot piyasa kavramıdır. Spot piyasalarda enerji planlamasının yapılması ve anlık veya kısa süreler için yapılan ikili anlaşmalar yolu ile ortaya çıkan piyasa yapısı, tahmin konusunun önemini arttırmaktadır.

4—Rüzgar Enerjisinde kullanılan modeller üniversiteler ve enstitüler tarafından geliştirilmiştir.

5-- Dünya literatürü incelendiğinde Kısa Süreli Rüzgar Enerji Tahmini ile İlgili modeler ilgili 6 sınıflandırma yapılabilir. Bunlar;

5.1--sayısal hava tahmini ve MOS,

5.2--sayısal hava tahmini ve istatistiksel model ve MOS kombinasyonu,

5.3--sayısal hava tahmini ve mezo ölçek model kombinasyonu,

5.4--sinir ağları (neural network) yöntemi ile yapılan çalışmalar ve istatistiksel çalışmalar

6-- Sayısal Hava Tahmini ve MOS:WASP programı, engel, yüzey pürüzlülüğü gibi lokal etkileri dikkate almaktadır

7--Sayısal Hava Tahmini ve İstatistiksel Model:WPPT-Model  0.5 - 30 saate kadar tahmin yapabilen model istatistiksel yöntemleri kullanarak geniş bir alan üzerinde bulunan rüzgar türbinlerinden üretim tahmini yapabilmektedir. HIRLAM her 6 saatte bir tahmin yapabilmektedir.On-line olarak yapılan ölçümler ARX statistiksel yöntemine dayanmaktadır

8--Sayısal Hava Tahmini ve İstatistiksel Model ve MOS-HIRLAM verileri de eklenerek 40 saate çıkarılabilmiştir ve bu versiyon Elsam ve diğer Danimarka’lı Elektrik Şirketleri tarafından kullanılmaktadır

9--Rüzgar enerjisi tahmininde yapay sinir ağları yöntemi de kullanılmaktadır.ARIMA ve sinir ağları yöntemlerini kullanarak İngiltere ve Yunanistan’da bulunan rüzgar enerjisi santralleri için 10 dakikalık veri yardımı ile 1 saatlik tahmin yapmıştır. Her iki yöntemde de bulduğu sonuçlar, ısrarlılık modeline alternatif olacak sonuçlar doğurmamıştır.

10--WPPT -0.5 saat ile 30 saate kadar tahmin yapabilmektedir. HIRLAM verileri de eklenerek 40 saate çıkarılabilmiştir ve bu versiyon Elsam ve diğer Danimarka’lı Elektrik Şirketleri tarafından kullanılmaktadır

11--Almanya Kassel’de bulunan ISET Enstitüsü 2000 yılından bu yana DWD modelini kullanarak kısa süreli rüzgar enerjisi tahmini yapılmamaktadır.WWEP çerçevesinde geliştirilen bu modelde, Almanya’da bulunan rüzgar enerji santralları detaylı bir şekilde gözlemlenmektedir. İlk müşterisi EOn olmuştur

12--Amerikan TrueWind firması, Ewind isimli bir rüzgar enerji tahmin modeli geliştirmiştir.Mezo ölçekteki NWP’yi kullanarak sınır koşullarının da eklenip bölgesel hava modeli kurulması prensibine göre çalışmaktadır.

13--Fiziksel modeller, fiziksel değişkenleri dikkate alarak MOS (Model Output Statistics) verilerini kullanır ve tahmin yaparlar. İstatistiksel modellerde NWP sonuçları ve on-line olarak ölçülen rüzgar ve enerji verisi de dahil olmak üzere recursive tekniklerin tatbiki ile tahmin yapılır.Bu konudaki en basit modellerden biri ısrarlılık modelidir (persistence model).

13.1--Bu modelde, tahmin en yakın değere göre hesaplanır. Yani (hemen tahmin) now cast yöntemi uygulanır.

14--Fiziksel modeller lokal ölçümler ile sayısal hava tahmini verileri girilir. Bu modeller, fiziksel değişkenleri dikkate alarak MOS (Model Output Statistics) verilerini kullanır ve tahmin yaparlar.

15--Kısa Süreli Rüzgar Enerjisi Tahmin Modelleri

15.1—Previento-Previento modeli, sayısal hava tahmin verilerine ek olarak, orografi, pürüzlülük ve stabilite verilerini alıp çalıştırılarak kısa süreli rüzgar elektrik santralinden elektrik enerji üretim tahmini yapmaktadır.

15.2--Zephyr/Prediktor-Zephyr/Prediktor modeli, Danimarka’da bulunan Risoe Ulusal Laboratuvarı Meteoroloji Bölümü tarafından WASP ailesi içerisinde geliştirilmiştir Genellikle kısa süreli 0-48 saat arasındaki tahmin aralığını kapsar. Bu model, interneti de aktif bir şekilde kullanarak tahminlerini yapmaktadır.

15.3--Aneomos projesi, büyük güçlü kara ve deniz (onshore ve offshore) rüzgar elektrik santrallarından yapılan üretimin tahmini için geliştirilen birçok farklı ülkeye mensup üniversite, enstitü, kamu kuruluşu ve özel şirket gibi kuruluşların bir araya gelerek oluşturdukları bir konsorsiyumdur

15.4--AWPPS Modeli-Fransa’da geliştirilen bu modeli 0-72 saat arasında tahmin yapabilmektedir. Fuzzy sinir ağları yöntemini kullanarak tahmin yapmaktadır. Özellikle 6-10 saat arası gibi çok kısa süreli tahminler için kullanılmaktadır.

16—Yorum:

1--Ülkemizde hızla yaygınlaşan rüzgar enerjisi çiftlikleri için kısa sureli tahminlerin yapılabilmesi spot piyasada enerji üretimi öngörüsü için oldukça önemlidir.Bunu sağlayacak ulusal bir enstitünün-ulusal rüzgar enerjisi enstitüsü kurulması ve bu enstitünün ürettiği bilgilerin rüzgar enerji firmalarına aktarılması herhalde gerekmekte.

2—Bazı firmalar kendi türbinlerini kurduğu  yerlerden alınan bilgileri işleyerek yüksek oranda tahminler yapılabilmekte.Bu durum  rüzgar enerjisinde tekelleşmeyede neden olabilir.

3—Dışa bağlı teknolojilerin getirdiği tekelleşmeye karşı  ulusal bir enstitüye gerek olabilir.Bu enstitü Meteoriloji İşl. Genel Md-üniversitelerler bağlantılı olabilir.Yüksek hesaplama yeteneği için İTÜ deki hesaplama merkezini kullanabilir.Aynı zamanda ulusal ağa bağlı tüm rüzgar istasyonların ölçümleri verileri buraya katarılabilir.

3.1--Bu enstitünün İTÜ bünyesinde kurulabilir.Diğer üniversitelerden öğretim üyesi alabilir.Karasal ve Denizde kurulabilecek Milli Rüzgar Türbini üretimini projesi üzerine çalışabilir.Yerli rüzgar türbinlerinin prototipi bu enstitüde üretilebilir.Aynı zamanda Dışa bağlı teknolojide yerli üretimler OSTİM lerde gerçekleştirilebilir.

Kaynak:Kısa Süreli Rüzgar Enerjisi Tahminleri Ve Ülkemiz İçin Önemi-Dolunay Güçlüer-Enermet Enerji Meteoroloji Müşavirlik Ve Mümessillik Ltd. Şti.

2--Dünya Rüzgar Gücü:

1--Küresel Rüzgar Enerjisi Konseyince yayımlanan "Küresel Rüzgar İstatistikleri 2013 Raporuna Göre:

1.1-- Ülke Rüzgar gücü (MW)………. Oranı (%)

1—Çin…………… ..91.424……………. 28,7

2—ABD…………… 61.091………….. 19,2

3—Almanya……….. 34.250………….. 10,8

4—İspanya………… 22.959…………… 7,2

5—Hindistan……… 20.150…………… 6,3

6—İngiltere……….. 10.531…………… 3,3

7—İtalya…………… 8.552……………. 2,7

8—Fransa………….. 8.254……………. 2,6

9—Canada…………. 7.803……………. 2,5

10—Danimarka…..... 4.772……………. 1,5

10—Türkiye…..…..... 2959…………….

2--Kıtalara göre rüzgar enerjisi kurulu gücü(MW):

1—Avrupa…………………….. 121.474

2—Asya…………………. …….115.939

3--Kuzey Amerika……………… 70.885

4--Latin Amerika ve Karayipler…. 4.709

5—Pasifik……………………….. 3.874

6--Afrika ve Ortadoğu…………… 1.255

Toplam………………………… 318.136

3—Türkiye de Bölgelere Göre Rüzgar Enerjisi Güçleri(MW):

1-- Ege Bölgesi……………..1210…………..%40

2-- Marmara Bölgesi………..1054…………..%35

3-- Akdeniz Bölgesi…………435…………..%14

4-- İnşa halindeki santrallerin bölgelere göre dağılımı:

1-- Marmara Bölgesi………..%40

2-- Ege Bölgesi……………..%38

3-- Akdeniz Bölgesi…………%15

5—Türkiye 4 bin megavata çıkarmayı hedefliyor.

Kaynakça:www.Hürriyet.com.tr

3--Enerji İhtiyacını Rüzgârdan Karşılamak Mümkün

1--Eski Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı Hilmi Güler, mevcut kaynakların zamanında değerlendirilememesi sebebiyle doğalgaza mahkum olduğumuzu söyledi.

2--Güler, Türkiye'nin enerji ihtiyacının önemli bir kısmının rüzgarla karşılanabileceğini belirterek, " “Türkiye’de 17 MW'lık rüzgar tribünü var. Şuanda 2 bin 400 MW'ya ulaştı.

3--Potansiyel ise 46 bin MW'tır. Türkiye’nin kullandığı enerji ise 50-55 bin MW’tır. Enerji ihtiyacının önemli bir kısmını aslında rüzgarla karşılayabiliriz.” dedi.

4--Yenilenebilir kaynaklardan enerji üretimine dikkat çekmek amacıyla ENVERDER tarafından düzenlenen ‘Uluslararası Biyogaz Üretim Çalıştayı’, Atatürk Kongre Kültür Merkezi (Merinos AKKM) Osmangazi Batı Salonu’nda yapıldı.

5--Deprem bölgesinde bulunan Türkiye’nin jeotermal zengini olduğunu da dile getiren Güler, en çok potansiyelinde Marmara Bölgesi’nde olduğunu söyledi.

5.1--Yapılacak sondajlarla yeni jeotermal kaynakların bulunabileceğini anlatan Güler, şunları söyledi: “Jeotermal kaynaklar tertemizdir. Vali Şahabettin Harput’la beraber çalışarak Bursa’da sondajlar yapıldı. Bursa’da hala yeni kaynakların bulunma imkanı var. 24 saat çalıştırıp, daha sonra soğuyan suyu tekrar yer altına basarak devir daim yapmak mümkündür. Kutuplara en yakın ülkelerden olan İzlanda’ya gittiğimde her yerin jeotermalle ısındığını gördüm. Kaynaklarımız varken, zamanında değerlendirmediğimiz için doğalgaza mahkum olduk.

6--ENVERDER Bursa Şube Başkanı Dr. Mustafa Uysal, Türkiye’de sadece bazı belediyelerin ve işletmelerin biyogaz tesisi kurarak enerjiden faydalandığını anlatan Uysal, “Tahminen potansiyelin yüzde 1’i bile kullanılmıyor. Biyo atıkların dönüştürülmesinde istenilen performansı gösteremedik.

6.1--Sadece belediyelerimizde katı atıkların geri dönüşümü ile 700 mw elektrik elde edebilirdik. Bu rakam, Keles’te yapılması düşünülen termik santralin 3 katına yakındır. Çöpten enerji üretilmesi ülkemizde ilk defa Bursa Büyükşehir Belediyesi tarafından yapıldı

Kaynak: http://www.faalenerjidergisi.com/

4--Dünyanın En Büyük Yüzer Rüzgar Türbini Japonya da Kuruluyor:

1—Japonya fukişima nükleer kazası sonrası bazı nükleer santrallarini kapatmıştı.Bu duruma karşın Artan elektrik talebine  doğrultusunda  LNG talebi de rekor düzeyde artmıştı.

1.1—Yukarıda anlatılan nedene bağlı olarak Japonya alternatif enerjilere yönelmekte.Bu anlamda dünyanın en büyük yüzer rüzgar türbinini kurmaya başladı.

2—Proje kapsamında üretilen 3 kanatlı 7MW lık türbinin kanat uzunluğu 104 m olup denizden 32 km uzakta konumlandırılacak ve 20 tonluk deniz içi sabitleyiciler kullanılacak.

3—İnşaatı süren türbinin değeri 401 milyon dolar civarında.

Kaynak.Dünya Gazetesi 

5--Rüzgar Türbinlerinde Kompozit Malzeme Kullanımı:

1—Rüzgar Türbini Parçaları:

1--Rüzgar Türbinleri 4 ana kısımdan oluşur:

1--rotor (rotor),

2--kule (tower),

3--nacelle (muhafaza) ve

4--elektrik-elektronik sistem (balance of system)

1.1--Rotor kısım, rüzgar enerjisini harmanlayarak mekanik işe dönüştüren kanatlardır.

1.2--Nacelle ise mekanik işi elektriğe dönüştüren yapının kasasıdır. Nacelle’de yer alan ekipmanlar

1--dişli kutusu,

2--jenaratör, ve

3--elektrik kontrol elemanlarıdır.

1.3--Kule ise, rotor ve nacelle taşıyan kısımdır.

2--Modern kullanım rüzgar türbinleri 60-100 m yükseklikte ve 100 metre kanat çapında olup, rotor ve nacelle kısımlar yüzlerce ton ağırlığındadır. Zemindeki denge sistemleri gücü toplayan, kontrol eden ve ileten bağlantı elemanlarıdır.

3--Rüzgar türbinlerinde en büyük ağırlığı Kule oluştururken (%30-65), türbin bütününde maliyet olarak en az kısmı (%10-25) teşkil etmektedir. İkinci ağır kısım Nacelle ve ekipman (%25-40) ve sonrasında rotor (%25-40) parçalarıdır. Bu kısımlar ise maliyet olarak türbin maliyetinin yarısından fazlasını oluşturmaktadır.

3.1--Rüzgar Türbini Parçalarının Ağırlık ve Maliyet Oranları

Parça……Türbin Mali Payı %........ Türbin Ağırl Payı %

Rotor………..10-14…………………….20-30

Nacelle………25-40……………………..25

Dişli Kutusu…5-15……………………..10-15

Jeneratör…….2-6…………………….....5-15

Kuleye binen Ağırlık….35-50……………N/A

Kule…………30-65……………………..10-25

4--Rüzgar türbinlerinin büyüklük ve sağladıkları enerjiye göre tipleri vardır. Çıkan enerji, kanat uzunluğuna ve rüzgar hızına bağlıdır. Örneğin,

10 kilowatt türbin……… 7 metre rotor çapına,

750 kW üreten türbin……. 44 metre rotor çapına ve

1.5MW üreten türbin…….. 70 metre çapına sahip olmaktadır .

4.1--Günümüz şartlarında türbin kanatları boylarına göre gruplandırıldığında;

1--40m altında olanlar,

2--40-60 m arasında olanlar ve

3--60 m’den daha uzun olanlar olmak üzere üç farklı gruptan bahsetmek mümkündür [

5--Kompozit ve Takviye Malzemeleri

5.1--Kompozitler; termoset veya termoplastik yapıda, tek ya da çok yönde takviye özelliği sağlayacak şekilde, cam elyafı ve/veya diğer takviye malzemelerinden yeterli miktarda (uzunluk ve ağırlıkça) katılmış bir polimer matriksdir

5.2--Kompozit endüstrisinde kullanılan en yaygın termoset reçineler şu şekilde sıralanabilir: Doymamış polyesterler, epoksiler, vinilesterler, poliüretanlar ve fenoliklerdir.

5.3—Polyester:

1--Doymamış polyester reçineler kompozit %75’ni temsil ederler.

2--Bu reçineler kompozit ve kompozit dışı parçaların enjeksiyon ile kalıplanmasında farklı seviyelerde kullanılmaktadır.

3--Polyesterler, dikarboksilik asitler ve polihidrik alkollerin (glikoller) kondensasyon polimerizasyonu sonucu oluşurlar.

3.1--Ayrıca, doymamış polyesterler dikarboksilik asit bileşeni olarak maleik anhidrit veya fumarik asit gibi doymamış bir madde içerirler.

4--Ürün olarak alınan polimer, şebeke yapısı oluşturabilmek ve düşük vizkozitede bir sıvı elde edebilmek amacıyla stiren gibi reaktif bir monomer içinde çözülür. Bu reçine sertleştiğinde, monomer polimer üzerindeki doymamış uçlar ile reaksiyona girer ve onu bir katı termoset yapıya çevirir

5.4—Jelkot:

1--Jelkot kompozit parçaya estetik açıdan güzel bir görünüm ve dış etkenlerden (çizilmeye ve hava koşullarına dayanım sağlamak, ozmoz etkisini azaltmak gibi) koruma sağlar.

2--Kalıp yüzeyinde bir tabaka oluşturacak şekilde uygulanan jelkotun, sertleşmeye başladığı anda (ancak tam sertleşme tamamlanmadan önce) cam elyafı ve polyester reçineden oluşan bir laminat jelkot tabakası üzerine takviye amaçlı olarak uygulanmaktadır.

5.5—Epoksi:

1--Epoksi reçineleri, her molekülde iki veya daha fazla epoksi grubunu veya daha genel tanımlamada glisidil gruplarını ihtiva eden maddelerdir.

2--Sertleşme sırasında hiçbir yan ürün meydana gelmez.

3--Çıkan sertleşmiş reçine genelde mükemmel kimyasal, mekanik ve elektrik özellikleri olan sert termoset maddelerdir.

4--Epoksi reçineler öncelikle üstün mekanik özellikleri, korozif sıvılara ve ortamlara dayanımı, üstün elektriksel özellikleri, yüksek ısı derecelerine dayanım veya bu değerlerin bir kombinasyonu olarak yüksek performanslı kompozit ürünlerinin üretimi amacı ile kullanılmaktadır.

4.1--Ancak, epoksi reçinenin vizkositesinin çoğu polyester reçineninkinden yüksek olması ve üstün mekanik özellikler elde etmek için post kür gerektirmesi nedeniyle epoksilerin kullanımı   zordur.  

4.2--Epoksi   reçinelerin   diğer  polyesterlere sağladığı yararların başında sertleşme sırasındaki düşük çekme özelliği gelir. Bu genelde %1-2’dir. Fakat dolgu maddeleri ile sıfıra indirilebilir.

5--Epoksi reçineler cam, karbon ve aramid olmak üzere çeşitli elyaf takviye malzemeleriyle birlikte kullanılmaktadırlar.

6--Bor, tugsten, çelik, bor karbür, silikon karbür, grafit ve kuartz gibi özel takviye malzemeleri için matriks reçine olarak da kullanılmaktadır. Epoksi reçineler özellikle “vakum torba”, otoklav, basınçlı torba, pres, elyaf sarma ve el yatırması gibi kompozit üretim tekniklerinde kullanımda elverişlidir .

5.6—Vinilester:

1--Vinilester reçineler, epoksi reçinelerin avantajları ile doymamış polyester reçinelere özgü “kolay işleme”/“hızlı sertleşme” gibi özellikleri birleştirmek üzere geliştirilmiştir.

2--Epoksi reçine ile akrilik ya da meta akrilik asidin reaksiyona sokulması sonucu elde edilmektedirler.

3--Bu reaksiyon, maleik anhidrit kullanıldığında polyester reçinelerde olduğu gibi doymamış bir uç üzerinde meydana gelmektedir. Polyester reçinede olduğu gibi benzer bir sıvı elde etmek için üretilen polimer, stiren içinde çözülür. Vinil esterler mekanik dayanım ve mükemmel korozyon dayanımı sağlarlar. Böylece epoksi reçinelerdeki gibi karmaşık proses veya özel kullanım becerisi gerektirmezler.

5.7—Fenolikler:

1--Fenolikler, kondensasyon reaksiyonu sırasında sertleşen termoset reçinelerdir. Bu reaksiyonda, işlem sırasında su, ortamdan uzaklaştırılmalıdır .

Takviye Malzemeleri

5.8--Cam Elyafı:

1--Alümina-kireç-borosilikat gibi, ana malzemelerden üretilen “E” camından cam elyafı yüksek elektriksel yalıtım özellikleri, neme karşı direnç ve yüksek mekanik özellikleri sayesinde, polimer matriks kompozitleri içinde en çok kullanılan takviye malzemesi durumundadır.

2--Diğer bir ticari cam kompozisyonu olan “S” camı; hem daha yüksek mukavemet, ısı dayanımı ve eğilme modülü, hem de geliştirilmiş kimyasal dayanım özellikleri ile daha spesifik cam elyafı takviye malzemesi olma özelliğine sahiptir.

3--Kompozitlerin takviyesi için kullanılan cam elyafı genellikle 9 ile 23 mikron arasındadır

5.8.1--Aramid Elyafı:

1--Yüksek düzeyde yönlendirilmiş olan bu polimer, düşük yoğunluk ile yüksek modül ve yüksek düzeyde yapışma özelliği ile yüksek mukavemet/ağırlık oranını üründe bir araya getirmektedir.

2--Mukavemet ve modül değerleri yanısıra, liflerin kolaylıkla ıslatılabilmesi ve üründe darbe dayanımı özellikleri dolayısıyla yaygın olarak kullanılan reçinelerin çoğunluğu ile kullanılabilmektedir.

5.8.2--Bor Elyafı:

1--Bor elyafı; bor’un kimyasal buharının çok ince bir tungsten teli üzerinde yoğunlaştırılması ile üretilmektedir. Çok sağlam ve dayanıklı bir takviye malzemesi olup, yüksek yoğunluğu ve yüksek maliyeti kullanımını sınırlandırmaktadır. Piyasada yalnızca şerit halinde bulunmaktadır.

5.8.3--Karbon Lifleri:

1--Yüksek teknoloji ürünü olarak kompozit pazarının geniş bir kısmı, karbon veya grafit elyaf ürünlerinden yararlanmaktadır. Sentetik esaslı elyafların çoğunluğu,   girdi  malzeme  olarak  polikronitril (PAN) kullanılarak elde edilmektedir.

1.1--Bu liflerin modülleri ve dayanımları, proses sırasındaki gerilim ve sıcaklık koşullarının değiştirilmesi ile kontrol altında tutulmaktadır.

2--Nispeten düşük elyaf yoğunluğu, yüksek mukavemet ve yüksek modül özelliklerini bir araya getirirerek üstün bir kombinasyon özelliği sunmaktadır.

3--Aynı zamanda yüksek ısılarda özelliğini koruma ve yorulma dayanımı özelliklerine sahiptir. Bununla birlikte karbon liflerin sınırlı uzama özellikleri bazı darbe sorunlarına neden olmaktadır. Bu açığı kapatmak amacıyla daha yüksek uzama olanaklı elyaf ürünleri geliştirilmektedir.

5.9--Kompozitlerde Kullanılan Ara Malzemeler ise şunlardır:

1--Köpükler

2--Sentetik Köpükler

3--Bal Peteği

4--Tahta / Balsa Ağacı

6--Rüzgar Türbini Parçalarının Üretimde Kompozit Malzemeler

6.1--Kanatların üretim yöntemleri ve üretimde kullanılacak malzeme seçimleri genellikle kanat boylarına göre farklılıklar göstermektedir. Malzeme yorulma özelliği türbin tasarım ve malzeme seçiminde önemli bir olgudur.

6.2--Rüzgar Türbininin 30 yıllık ömründe, birçok parça 4x108 yorulma stres döngüsüne dayanmak durumundadır. Söz konusu yüksek yorulma direnci döngüsü, havacılık, otomotiv, köprü gibi diğer insan yapımı yapılardan daha ağırdır.

6.3--Genel olarak türbin üretiminde birçok parçasının kalıbı döküm alüminyumdur.

6.3.1--Büyük ölçekli türbinlerde ise çelik döküm kullanılarak daha mukavim ve yapısal yorulma direnci sağlanmaktadır.

6.4--Çelik dökümlerin boyutu, kanadın göbek kısmında zorlayıcı üretim sürecine yol açar. Kompozit malzemelerin mukavemet ağırlık oranının yüksek olması, üretim kolaylığı, bakım maliyetinin düşük ve mekanik özelliklerinin iyi olması nedeniyle rüzgar türbin kanatlarının tasarımında ve uygulamasında büyük avantaj sağlamaktadır.

7—Rotor:

7.1--Günümüzde, birçok rotor kanadı, cam elyaf takviyeli polyesterden üretilmektedir. Daha başka denenmiş malzemeler, çelik, kimi kompozit ürünler ve karbon elyaf takviyeli plastiktir. Rotor çapı büyüdükçe, daha mukavim, ve yorulma direnci yüksek malzemelere yönelinmektedir.

7.2--Türbin tasarımı geliştikçe, çelik, cam elyafı ve karbonelyaf içeren kompozitlerin kullanımı artacaktır.

7.3--Kullanılan matris malzemelerine göre kompozit malzemeler, yüksek rijitlik ve mukavemetleri, mükemmel yorulma ömürleri, yüksek korozyon ve erozyon dirençleri nedeniyle tercih sebebidir.

7.4--E_glass camlar E=72.000 N/mm² ve Density= 2.540 kg/m³ değerlerini verirken; Carbon Elyaf E=230.000 N/ mm² ve Density= 1.800 kg/m³ gibi çok daha mukavemet veren değerler göstermektedir.

7.5--Reçinelere baktığımızda ise Epoksi E= 3.000 N/mm² ve Density= 1.200 kg/m³ değerlerini verirken;

7.5.1--Vinilester Reçineler E= 4.000 N/mm² ve Density= 1.140 kg/m³ değerlerini vermektedir.

8--Rüzgar türbin kanatlarında homojen bir kuvvet dağılımı ve yüksek mekanik mukavemet değerlerinin sağlanabilmesi için sandviç yapılardan yararlanılmakta ve ağırlıkla PVC köpük ve balsa ağacı kullanılmaktadır.

8.1--En başta daha yaygın olan balsa yavaş yavaş yerini PVC köpük ve benzeri çekirdek malzemelere bırakmaktadır. Çekirdek malzeme olarak Balsa E=270 N/mm² ve Density=150 kg/m³ değerlerini verirken, kanatlarda kullanılan PVC köpükler E=70 N/mm² ve Density= 60 kg/m³ değerlerini vererek, özellikle hafiflik gerektiren büyük kanatlarda tercih edilmektedir.

100kW altındaki Türbinler Küçük Türbin olarak sınıflandırılmıştır. Parantez içindeki değerler Küçük Türbin içindir.

9—Kabuller:

1--Nacelle; 1/3 Dişli Kutusu, 1/3 Jeneratör ve 1/3 Kapak ve diğer ekipmanlar olarak kabul edilmiştir.

2--Küçük Türbin pazarının yarısı, dişli kutusu olmayan direct-drive sistemli olarak kabul edilmiştir.

3--Rotor kanatları CTP, Epoksi veya karbon takviyeli plastiktir

10—Nacelle Spinner ve Nacelle kısımlarında ise yaygın olarak CTP (camelyaf takviyeli polyester) kullanılmaktadır. Spinner ve Nacelle üretiminde NPG takviyeli izoftalik jelkot ve reçine olarak da orto ya da izoftalik reçineler tercih edilmektedir.

11—Kule:

1--Kule metal olarak üretilmektedir.

1.1--Kısmen beton uygulamaları da söz konusudur.

12--Rüzgar türbinlerinde en sık kullanılan malzemenin CTP olmasının nedeni, gerekli özellikleri düşük maliyet ile sağlayabilmesidir. Bunlar, iyi mekanik özellikleri olması, korozyon direncinin yüksek olması, yüksek ısı dayanımı, kolay imalat ve kabul edilebilir maliyette olmasıdır.

12.1--Cam elyaf en yaygın kullanılan takviye olmasına karşın, daha komplike kompozit malzemelerde saf karbon elyafı tercih edilmektedir.

12.2--Daha mukavim ve hafif olmasına karşın cam elyafa göre daha pahalıdır. Karbon elyaftan daha dayanıkh ve pahah elyafsa boron elyaftır.

12.3--Rüzgar türbini kanadında E-Glass ve S+R Glass tipler kullanılır. E-Glass en yaygın kullanılan tiptir. Maliyeti düşük, etkin izolasyon ve düşük su emiş oranı özellikleri vardır. S+R Glass ise, düşük maliyet ve yüksek performans özellikleri içerir. Elyaf iplik çapları E Glass’takinin yarısı kadardır, bu nedenle elyaf iplik sayısı arttığından daha sert yüzey kalitesi sağlanır.

12.4--Hem epoksi hem de polyester, hatta vinilster, rüzgar kanadı sektöründe ilk günlerden beri kullanılmaktadır. Kanatlar büyüdükçe epoksi daha etkin tercih edilmektedir. Polyester işlemesi daha kolay ve daha ekonomik olmasına karşın epoksi 26m ve üzeri kanatlarda mukavemeti daha yüksek olduğu için tercih edilmektedir.

12.5--Polyester ise post-kürlenme ihtiyacı duymamaktadır ama kanatlar daha ağır olur.

12.6--E-glass en çok kullanılan takviye malzemesi iken daha uzun kanatlarda ağırlık azaltan ve sertlik sağlayan daha pahalı karbon elyafı kullanılmaktadır

13--Rüzgar Türbininde Kompozit Parça Üretim Teknikleri:

13.1--Türbin üretiminde kompozit kullanılan kısımlarda uygulanan üretim yöntemleri şunlardır:

1--El Yatırması:

1.1--Bu proseste sıvı reçine malzemesi ile elyaf beraberce açık kalıba uygulanır.    Reçinede   meydana   gelen   kimyasal   reaksiyonlar malzemeyi yüksek dayanımlı ve hafif ürünler elde edilebilecek şekilde sertleştirir.

1.2--Üretimin başlangıç aşamasında, pigment katkılı jelkotlar kalıp yüzeyine sprey tabancası veya fırça ile uygulanır. Jelkot yeterli derecede sertleştiğinde, takviye malzemesi tabakaları jelkot’un üzerine yerleştirilir ve reçine elle kalıba uygulanır.

1.3--Takviye malzemesi üzerine tatbik edilen reçine sertleşene kadar rulolama işlemine tabi tutulur.

1.4--Nacelle ve spinner üretiminde ağırlıklı bu yöntem kullanılır.

1.5--Kanatların elle yatırma yöntemi ile üretilmesi durumunda reçine/elyaf oranı göreceli yüksek kalacağından kanatların çoğu diğer yöntemlerle üretilmektedir.

2--L.RTM:

2.1--Önceden kesilmiş veya önceden şekillendirilmiş takviye malzemelerinin, erkek ve dişi kalıp arasına yerleştirilerek kapatıldığı bir kapalı kalıplama yöntemidir.

2.2--Reçine, enjeksiyon kanallarından, basınç altında kalıp içerisine pompalanır. Genellikle enjeksiyon basıncı 2,75-3,5 bar’dır.

2.3--Kalıp yüzeylerinden birine veya ikisine birden jelkot uygulanabilir. Korozyon dayanımı ve/veya dış yüzey görünümünün daha iyi olması istenen durumlarda tül veya yüzey keçesi kullanılabilir.

2.4--Sandviç konstrüksiyon ara malzemeleri mekanik ekleme parçaları ve somun cıvata gibi metal parçalar kalıplama sırasında bünye içerisine gömülerek birlikte kalıplanabilir.

2.5--Nacelle ve Spinner bazı kısımlarında L-RTM kullanılır.

3--Vakum Torba Kalıplama:

1--Rüzgar türbin kanatlarının üretiminde günümüzde kullanılan en yaygın ve kabul gören metot vakum infüzyon yöntemidir.

2--El yatırmasından farkı sertleşme işlemi sırasında basınç uygulanmasıdır.

3--Bu kalıplama yöntemlerinin her birinde malzeme uygulama aşamasında, ıslak sistemler ve prepregler kullanılır.

4--Islak sistemlerde keçe veya dokunmuş fitil takviyeleri kalıba yerleştirilir. Sıvı reçine, takviye malzemesi yüzeyine uygulanır.

5--Kolay şekillenebilir plastik bir film (torba diye de adlandırılır), reçine emdirilmiş takviye malzemesinin üzerine yerleştirilerek, parçanın çevresinde kalıba yapıştırılır.

6--Islak sistem yerine prepreg kullanıldığında, levhalar ve şeritler kalıp yüzeyine el ile ya da ATP yöntemiyle yerleştirildikten sonra, plastik film kaplanır.

7--Vakum torba kalıplamada, kalıp yüzeyi ile plastik film (torba) arasındaki hava vakumlanır.

7.1--Islak sistem kullanıldığında, önce reçine takviye malzemesine emdirilir. Daha sonra, sertleşme tamamlanana kadar vakum uygulanarak, plastik filmin atmosferik basınç altında kalması sağlanır. Sertleşme süreci, ayrıca ısı uygulanarak da hızlandırılabilir.

8--Basınç torba kalıplama, atmosferik basınçtan daha yüksek basınçların kullanılması gereken uygulamalarda kullanılır. Bu yöntemde prepreg veya ya sistem malzemeleri kullanılabilir.

9--Esnek plastik film reçine emdirilmiş takviye malzemesi üzerine yerleştirildikten sonra, yaklaşık 3,5 bar’lık basınç sertleşme tamamlanana kadar plastik film yüzeyine uygulanır.

9.1--Yöntemin uygulamasında genel olarak epoksi kalıplar tercih edilmektedir. Bu yöntem sayesinde daha stabil ve yüksek mekanik mukavemet değerine sahip ürünler elde edilmeye başlanmıştır (yüksek cam oranı verdiğinden) ki büyük ölçekli rüzgar türbin kanatları (5MW ve üzeri) için tercih nedenidir.

4--Vakum Destekli Reçine Enjeksiyon Kalıplama (VARTM)

4.1--SCRIMP (Seeman Composites Resin Infusion Molding Process) firması tarafIndan patenti alınan bir enfüzyon yöntemidir.

4.2--Geleneksel vakum torba kalıplamadan farklı olarak, kuru malzeme bir kalıp içine yerleştirilir ve reçine vakum altında, kuru malzeme arasından   süzdürülür.   Kalıp tamamen   doldurulduktan   sonra,evresinde esnek bir film yayılarak vakum uygulanır.

4.3--Kuru malzeme sıkıştırılarak hava dışları atılır. Patentli kılcal borular, vakum altında reçinenin dağılımı için kullanılır. Reçine sertleştirme reaksiyonu istendiği takdirde ısı uygulanarak hızlandırılabilir.

4.4--Büyük kanat üreticilerinden bu yötemi uygulayanlar mevcuttur.

5--Sargı Tekniği:

5.1--Elyaf sarma yöntemi üstün kalitede yüzeye sahip ürünlerin üretimi açısından bir devrim niteliği taşımaktadır. Takviye malzemesi lifler ve reçineler, dönen bir kalıp yüzeyine veya makine kontrollü geometrik yapıya sahip mandreller üzerine uygulanır.

5.2--Çok nadir kanat üretiminde karşılaşılan bir yöntemdir.

6--Prepreg Kalıplama:

6.1--Kolay işlenebilir bir kalıplama malzemesi elde etmek üzere, reçine ve takviye malzemesinin birleştirilmesi yöntemidir.

6.2--Elyafın çok doğru bir biçimde yerleştirilmesinin gerekli olduğu uygulamalarda otomatik şerit yerleştirme (ATP) tekniği kullanıldığında veya kalıp yüzeyine el yatırması işleminin özenle yapılması gerektiğinde kullanılan bir yöntemdir.

6.3--Prepreg malzemede, takviye/reçine oranının çok hassas bir şekilde kontrol edilmesi, son ürünün elde edilmesinden önce, malzeme kalite kontrol testlerinin yapılabilmesine olanak tanımaktadır.

6.4--Prepregde takviye malzemesi olarak devamlı lifler, keçeler, düz dokumalar ve kumaşlar kullanılmaktadır. Reçine olarak polyester, epoksi ve fenolik reçineler yanı sıra, polyester, polietereterketon (PEEK) ve polifenilensulfür (PPS) gibi termoplastiklerin bir kısmı da prepreg üretiminde kullanılmaktadır.

6.5--Prepreg kumaşlar ile üretim maliyetleri diğerlerine göre oldukça yüksektir.

14—Sonuç olarak ; Epoksi-vinilester/cam-karbon-elyafı ve metal kompozit hibrid sistemlerde ya da termoplastik yapıların kanatlara uygulanabilirliği araştırılarak özellikle daha büyük kanat üretimine yeni ufuklar açılmaya çalışılmaktadır.

14.1--2015 ler Rotor çaplarının 180-200 metrelerde tek bir kanat ağırlığının ise 37-57.000 kg’larda 2020’de ise bunların rotor çaplarında 250 metrelerde ve tek bir kanat ağırlığının ise 60-90 ton seviyelerinde olacağı öngörülmektedir.

14.2--Ancak bu gelişim hızı otomasyon ve malzemedeki yeniliklerle tolere edilebilir. 

Kaynak:ICCI-2010-Bildiriler Kitabi-Rüzgar Türbini Üretiminde Kompozit Uygulamalar

Kubilay Alpdoğan-Polin A.Ş