RÜZGAR ENERJİSİ VE RÜZGAR TÜRBİNLERİ Mustafa Ersin KELSOY Melih Atilla SOYSAL

Yenilenebilir Enerji Kaynağı

RÜZGAR ENERJİSİ NEDİR? Rüzgar enerjisi; doğal, yenilenebilir, temiz ve sonsuz bir güç olup kaynağı güneştir. Güneşin dünyaya gönderdiği enerjinin %1-2 gibi küçük bir miktarı rüzgar enerjisine dönüşmektedir Güneşin, yer yüzeyini ve atmosferi homojen ısıtmamasının bir sonucu olarak ortaya çıkan sıcaklık ve basınç farkından dolayı hava akımı oluşur. Bir hava kütlesi mevcut durumundan daha fazla ısınırsa atmosferin yukarısına doğru yükselir ve bu hava kütlesinin yükselmesiyle boşalan yere, aynı hacimdeki soğuk hava kütlesi yerleşir. Bu hava kütlelerinin yer değiştirmelerine rüzgar adı verilmektedir.

RÜZGAR ENERJİSİ KULLANIMININ TARİHÇESİ Antik çağdan bu yana insanlar rüzgar enerjisi kullanmaktadır. M.Ö 1700 yıllarında Babil Kralı Hammurabi Mezopotamya’yı sulamak için rüzgar enerjisini kullanmıştır. Yüzyıllar boyunca yeldeğirmenleri rüzgar gücünü kullanan mekanik uygulamalar olmuştur. Yeldeğirmenleri günümüzde de sulama ve pompalamada kullanılmaktadır. Rüzgar gücünü kullanarak elektrik üretme teknolojisi yeni bir teknolojidir ve mekanik,elektrik-elektronik, aerodinamik ve kontrol alanlarında gelişmeye devam etmektedir.

RÜZGAR TÜRBİNLERİNİN TARİHÇESİ Rüzgardan elektrik üretmek amacıyla kullanılan rüzgar türbinleri gelişen teknolojiyle beraber çeşitli değişiklikler geçirmişlerdir. 1960'larda Almanya'da Profesör Ulrich Hutter'in tasarladığı rüzgar türbinleri iki kanatlıydı ve fiberglas ve plastik maddelerden yapılmıştı. 1980'lede farklı türbin şekilleri ortaya çıkmıştır. Düşey eksenli ve yatay eksenli türbinlerin çeşitli modelleri üretilmiştir. Bu tarihlerde türbinlerdeki kanat sayısı 3'e yükselmiştir.

RÜZGAR TÜRBİNİ NEDİR? Rüzgar türbinleri, rüzgardaki hareket enerjisini önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Enerji, rüzgar hızının küpü ile orantılıdır. E= ½ *g *S*V³ g: Hava yoğunluğu S: Süpürme alanı V: Rüzgar hızı E: Enerji

RÜZGAR TÜRBİNİ ÇEŞİTLERİ Rüzgar türbinleri dönme eksenine göre üç gruba ayrılırlar: 1)Yatay eksenli rüzgar türbinleri ; Tek Kanatlı Rüzgar Türbinleri İki Kanatlı Rüzgar Türbinleri Üç Kanatlı Rüzgar Türbinleri Çok Kanatlı Rüzgar Türbinleri

RÜZGAR TÜRBİNİ ÇEŞİTLERİ 2)Dikey eksenli rüzgar türbinleri; Savonious Rüzgar Türbinleri Darrieus Rüzgar Türbinleri H-Darrieus Rüzgar Türbinleri 3)Eğik eksenli rüzgar türbinleri

YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNLERİ

DİKEY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNLERİ

RÜZGAR TÜRBİNİ ÇALIŞMA PRENSİBİ Bir rüzgâr türbini genel olarak kule, jeneratör ,hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrik-elektronik elemanlar ve pervaneden oluşur. Rüzgârın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Rotor milinin devir hareketi hızlandırılarak gövdedeki jeneratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya doğrudan alıcılara ulaştırılır.

DİKEY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNİ ÇALIŞMA PRENSİBİ Türbin mili düşeydir ve rüzgârın geliş yönüne diktir. Daha çok deney amaçlı üretilmiştir. Ticari kullanımı çok azdır. Jeneratör ve dişli kutusu yere yerleştirildiği için, türbini kule üzerine yerleştirmek gerekmez, böylece kule masrafı olmaz. Türbini rüzgâr yönüne çevirmeye, dolayısıyla dümen sistemine ihtiyaç yoktur. Türbin mili hariç diğer parçaların bakım ve onarımı kolaydır. Elde edilen güç toprak seviyesinde çıktığından, nakledilmesi daha kolaydır.

DİKEY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNİ ÇALIŞMA PRENSİBİ Dikey eksenli rüzgar türbinlerinin ticari amaçla az kullanılmasının nedenleri : Yere yakın oldukları için alt noktalardaki rüzgâr hızları düşüktür. Verimi düşüktür. Çalışmaya başlaması için bir motor tarafından ilk hareketin verilmesi gerekir, bu yüzden ilk hareket motoruna ihtiyacı vardır. Ayakta durabilmesi için tellerle yere sabitlenmesi gerekir, bu da pek pratik değildir. Türbin mili yataklarının değişmesi gerektiğinde, makinenin tamamının yere yatırılması gerekir.

YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNİ ÇALIŞMA PRENSİBİ Rotor Blades (Pervane kanatları): Rüzgar enerjisini dönme hareketine çevirmeye yarar. Shaft (Şaft) : Dönme hareketini üreteçe iletir. Gear Box (Dişli Kutusu): Pervaneyle şaftın aralarındaki hızı arttırıp, üretece daha hızlı bir hareket iletilmesine yardımcı olur. Generator (Üreteç) : Dönme hareketinden elektrik enerjisi üreten bölüm. Breaks (Frenler) : Aşırı yüklenme ve bir sorun olduğunda pervaneyi durdurmaya yarar. Tower (Kule) : Pervane ve motor bölümününü yerden güvenli bir yükseklikte çalışmasını sağlar. Electrical Equipment (Elektrik Donanımı): Üretilen elektrik enerjisini ilgili merkezlere iletilmesini sağlar.

DÜNYADA RÜZGAR ENERJİSİ KULLANIMI

DÜNYADA RÜZGAR ENERJİSİ KULLANIMI 2012 yılı itibariyle ; Almanya : 30016 MW İspanya : 22087 MW İtalya : 7280 MW Fransa : 7182 MW İngiltere : 6480 MW Portekiz : 4398 MW Türkiye : 2261 MW kurulu güce ulaştı. Energyworld dergisinden alıntıdır.

ZONGULDAK’TA RÜZGAR ENERJİ SANTRAL KURULUMU İl: Zonguldak, Düzce İlçe: Alaplı, Devrek, Yığılca Enerji Kaynağı: Rüzgar Ünite Sayısı: 40 Ünite Kurulu Güçleri: 3000 kW Tesis Toplam Kurulu Gücü: 120 MW Öngörülen Ortalama Yıllık Üretim Miktarı: 431 Milyon kWh/yıl Tesisin Tamamlanma Tarihi: 06/09/2015

Türkiye’nin Enerji Üretiminde Rüzgar Enerjisinin Payı

Türkiye’de Rüzgar Enerjisinin Durumu Türkiye’nin en iyi rüzgâr kaynağı alanları kıyı şeritleri, yüksek bayırlar ve dağların tepesinde ya da açık alanların yakınında bulunmaktadır. Açık alan yakınlarındaki en şiddetli yıllık ortalama rüzgâr hızları Türkiye’nin batı kıyıları boyunca, Marmara Denizi çevresinde ve Antakya yakınında küçük bir bölgede meydana gelmektedir. 7 m/s’den büyük rüzgâr hızları göz önüne alınarak Türkiye rüzgâr enerjisi potansiyeli 47.849 MW olarak belirlenmiştir. Yap – İşlet – Devret modeliyle yapılan ilk küçük santraller 1995 yılında yapılmaya başlanmıştır. Çeşme’de kurulan rüzgar enerjisi santrali Türkiye’nin ilk rüzgar enerjisinden elektrik üreten santralidir. Türkiye’nin bugünkü teknik koşullarda rüzgar enerjisi teknik potansiyeli 88000 MW, ekonomik potansiyelinin ise 10000 MW civarında olduğu tahmin edilmektedir.

Türkiye Rüzgar Enerjisinin Geleceği 2020 yılında şu anki elektrik enerjisi tüketiminin iki katına çıkması durumunda bile dünyanın tüketeceği elektrik enerjisinin %12’ sinin rüzgardan karşılanabileceği şeklinde ileriye dönük çalışmalar mevcuttur . Türkiye’ de 2004 yılı verilerine göre 20.6MW olan ve tahmin edilen ekonomik potansiyelinin sadece %0.21’ ine karşılık gelen kurulu rüzgar gücü, lisans almış projeler bitirlidiğinde %14.28’ e ulaşacak ve bugünkü toplam elektrik üretiminin %3.3’ ü rüzgardan sağlanabilecektir. Bu kapsamda bizimde 2020 yılı için hedeflenen %12 lik pay içinde yerimizi almamız kaçınılmazdır.

Ülkemizde Rüzgar Hızları

Rüzgar Enerji Santralleri Kurulum Çalışmaları

Lisanssız Elektrik Üretimi Günümüzde elektrik tüketicisi olarak aboneliği bulunan bir kişi 30/03/2013 Tarihli 28603 Sayılı Resmi Gazete’ de yayımlanan 6446 sayılı Elektrik Piyasası Kanunu’ nun 14. Maddesi’ ne göre kurulu gücü azami 1 MW’ a kadar olan yenilenebilir enerji kaynağına dayalı üretim tesisi kurarken lisans alma ve şirket kurma zorunluluklarından muaf kılınmıştır. Buna ek olarak Bakanlar Kurulu kararıyla, bir sonraki artışla birlikte bu sınırın 2.5 MW’ a kadar çıkartılması için kanun değişikliğine gerek duyulmayacağı belirlenmiştir.

Rüzgar Türbini Kurulum Fiyatı

Tübitak Onaylı Türk Malı Rüzgar Türbini Fiyatları 400 W : 1 800 TL 500 W : 2 200 TL (Yatay Eksenli) 500 W : 3 500 TL (Dikey Eksenli) 1000 W: 4 000 TL 2000 W: 5 500 TL 1.2 kW : 9 200 TL + 1000 € (Akıllı Kontrol Sistemli) 2 kW : 14 950 TL + 1000 € (Akıllı Kontrol Sistemli) 3 kW : 19 550 TL + 1000 € (Akıllı Kontrol Sistemli) 5 kW : 28 750 TL + 1000 € (Akıllı Kontrol Sistemli) 10 kW : 43 700 TL + 1000 € (Akıllı Kontrol Sistemli) 20 kW : 80 500 TL + 1000 € (Akıllı Kontrol Sistemli) 1000 € luk maliyetler kurulum fiyatlarıdır.

Bir Rüzgar Türbini İlk Yatırım Maliyetini Ne Kadar Sürede Karşılar? 20 kW’ lık rüzgar türbini için; Kurulum Dahil İlk Yatırım Maliyeti = 82 850 TL Üretime Başlama Hızı: 3.8 m/s Optimum Güç Çıkışı: 20 000 W (12.5 m/s) Saatlik Üretim = 20 kWh Günlük Üretim = 20 kWh*24 = 480 kWh/gün Yıllık Üretim = 480 kWh*365 = 175 200 kWh/yıl

Ancak gerek türbinin üretime girme ve üretimden çıkma anında ki rüzgar hızları gerekse de kullanılan türbin çeşidi ve kurulum yapılacak bölgenin rüzgar rejimi tesiste bir kapasite faktörü (CF) meydana getirmektedir. Tahmin edileceği gibi bu kapasite faktörü, türbinin optimum üretim miktarına göre yıllık enerji üretim miktarının daha düşük seviyelerde çıkmasına neden olacaktır. Bu durumda örneğin CF = %35 lik bir kapasite faktörüyle; Gerçek Yıllık Üretim: 175 200 kWh/yıl*(%35) = 61 320 kWh/yıl olacaktır.

29/12/2010 Tarihli 6094 Sayılı Kanun Hükmü’ ne göre: Rüzgar enerjisine dayalı üretim tesisleri için elektrik birim fiyatı 7.3 $cent/kWh olarak belirlenmiştir ve yaklaşık olarak 13.14 krş/kWh’ a karşılık gelmektedir. Bu Koşullarda; Yıllık Gelir = 61 320 kWh/yıl*13.14 krş/kWh = 8 057 TL/yıl %35 kapasite faktörüne sahip santralde ki bir türbinin ilk yatırım maliyetini karşılama süresi: 82 850 TL / (8 057 TL/yıl) = 10.3 yıl olarak hesaplanabilir. *Kapasite faktörünün değeri arttıkça bu sürenin daha da kısalacağına dikkat edilerek verimlilik en yüksek seviyede tutulmalıdır.

İlk yatırım maliyetlerine ek olarak; Rüzgar türbinlerinin yıllık bakım-onarım masrafları ilk yatırım maliyetinin %1.5 - % 2’ si kadardır ve bir türbinin ekonomik ömrü 20 yıldır. Eğer yalnızca kendi konutunuzun elektrik ihtiyacını karşılayacak bir rüzgar türbini edinmeyi düşünüyorsanız, 01/04/2013 tarihinden itibaren geçerli olan, meskenler için elektrik birim fiyatlarını (Gündüz: 28.39 krş/kWh, Gece: 15.67 krş/kWh) kullanarak ve daha önce belirtilen örnek hesaplamadan yardım alarak enerji giderlerinizi hesaplayıp sizin için kârlı bir yatırım olup olmadığını öğrenebilirsiniz.

Rüzgar Enerjisi’nin Avantajları Temiz. Yenilenebilir. Enerji güvenliği sağlar. Hava kirliliği sorununu azaltır. İklim değişikliği sorununa çözüm sağlar. Yakıt maliyetleri yoktur. Yakıt ithalini önler. İthalat bağımlılığı yoktur. Çabuk kurulur. Rüzgar türbinleri, patlama yapmaz ve radyasyon yaymazlar. RES’lerin kurulduğu alanlarda tarım ve hayvancılık yapılabilir.

Rüzgar Enerjisinin Dezavantajları Rüzgar türbinlerinin verimleri düşüktür. İlk yatırım maliyetleri diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre daha yüksektir. Sürekli değişen rüzgar hızları elektrik üretim miktarında düzensizliklere sebep olur. Radyo ve Tv alıcalarında parazitlenmeye sebep olur bundan dolayı şehre yakın yerlerde kurulması uygun değildir. Rüzgar potansiyeli yüksek olan yerler genellikle şebeke hatlarına uzak olduğu için enerji nakil hatları oluşturulmasında yüksek maliyetlere sebep olur. Rotor çapı büyük olan rüzgar türbinleri göçmen kuşların göç yollarını değiştirmesine neden olur.

ONLARIN GELECEĞİNİ KİRLETMEYE HAKKIMIZ YOK!!!