Havanın bir sıvı olduğunu hayal etmek zor. Çünkü hava görünmüyor. Sıvıların aksine hava daha hızlı hareket eder ve ortamın her yerini kaplar. Havanın hızlı modu ile içerideki moleküllerin hareketi de hızlıdır. Havanın bu özelliğini kinetik enerjiye dönüştürme işlemine rüzgar enerjisi denir.
Aynı mantıkla su gibi sıvı maddelerin yer değiştirme özelliğini kullanarak elektrik üretimine hidroelektrik enerji, üretim merkezine ise hidroelektrik santral denir. Rüzgar enerjisinden elektrik üreten merkezlere rüzgar santralleri de denilmektedir.
Rüzgar çiftliklerini kurduktan sonra, fanlar rüzgar (hava) hareketi ile ilişkili şaftı döndürür. Uygun bir jeneratör ile bu hareket enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür.
Rüzgar enerjisi gün doğumu ile başlar. Geceleri Dünya’nın yakınında oluşan soğuk hava tabakasının bazı bölümleri güneş ışığı ile hemen ısınmaya başlar. Fizik derslerinden de hatırlayacağınız gibi sıcak hava genişler ve yükselir. Bu anda atmosferdeki soğuk hava tabakası Dünya’ya doğru alçalmaktadır. Rüzgar, sıcak ve soğuk havanın yer değiştirmesiyle oluşur.
rüzgar türbinleri
Rüzgar türbinleri en basit anlamda 3 kısımdan oluşmaktadır.
1. Fan kanatları:
Rüzgar estiğinde pervane kanatlarına çarpar ve onları döndürmeye başlar. Bu sayede rüzgar enerjisi kullanılarak kinetik enerji (hareket) elde edilir. Pervaneler, rüzgar estiğinde aynı yönde dönecek şekilde tasarlanmıştır.
2-şaft:
Parafin döndükçe bağlı olduğu mil de dönmeye başlar. Mil döndükçe armatürde hareket gerçekleşir ve armatür çıkışında elektrik enerjisi sağlanır.
3. Jeneratör:
Çok basit bir çalışma şekli var. Elektrik enerjisi elektromanyetik indüksiyonla üretilir. Mini oyuncak arabalardaki elektrik motoruna benzer bir sistemdir. Mıknatıslar içerir. Bu mıknatısların ortasında ince telle sarılmış bir bölüm bulunur. Kardan mili döndükçe motorun içindeki sargı bölgesi, etrafındaki mıknatısın ortasında dönmeye başlar. Sonuç olarak, alternatif akım (AC) oluşur.
Günümüzde kullanılan rüzgar türbinleri, tarlalarda kullanılan rüzgar türbinlerinden çok daha karmaşıktır. Yel değirmenleri ülkemizde yaygın olarak kullanılmamaktadır. Şimdi modern rüzgar türbinleri ile tanışmamıza devam edelim.
Modern rüzgar türbini teknolojisi
Günümüzde rüzgar türbinleri iki farklı tasarıma sahiptir. Birincisi aşağıdaki görselde gördüğünüz gibi dikey eksen etrafında dönebilen bir tasarım.
VAWT’ler, yani “Dikey Eksenli Rüzgar Türbinleri” (Dikey Eksenli Rüzgar Türbinleri) olarak adlandırılır.
Düşey ekseni yere dik olacak şekilde tasarlanmıştır. Daima rüzgar yönüne göre ayarlanır, yatay ekseninin rüzgara göre ayarlanmasına gerek yoktur. Genel olarak, ilk adım olarak bir elektrik motoruna ihtiyacınız var. Türbin yardımcı tellerle ekseninden sabitlenmiştir. Deniz seviyesine yakın yerlerde daha az rüzgar aldığı için cihazın verimi düşüktür. Ancak gerekli tüm donanımın yer seviyesinde olması bir avantaj olsa da tarım arazileri üzerinde olumsuz bir etkisi vardır.
Bir diğer önemli tasarım da “yatay eksenli rüzgar türbinleri” olarak adlandırılan dikey eksenli rüzgar türbinleridir (HAWT’ler). Dönme ekseni yere paralel tasarlanmıştır. Bir elektrik motoru yardımıyla fanın yönü rüzgar yönüne göre ayarlanabilmektedir. Yapısal olarak bir elektrik motorundan hiçbir farkı yoktur. Verimli çalışabilmesi için deniz seviyesinden yaklaşık 80 metre yükseklikte olması gerekir.
Döner bıçaklar: rüzgar enerjisini dönme hareketine dönüştürmek için kullanılır.
Mil: dönme hareketini jeneratöre iletir.
Şanzıman: Pervane ile şaft arasındaki hızı arttırır ve hareketin jeneratöre daha hızlı iletilmesine yardımcı olur.
Jeneratör: Dönme hareketinden elektrik enerjisi üreten kısımdır.
Molalar: Aşırı yük ve problem durumunda fanı durdurmak için kullanılır.
Kule: Pervane ve motor bölümünün yerden güvenli bir yükseklikte çalışmasını sağlar.
Elektrik Ekipmanları: Üretilen elektrik enerjisinin ilgili merkezlere iletilmesini sağlar.
Üretilen enerjinin hesaplanması
Rüzgar türbinlerinin ürettiği gücü hesaplamak için rüzgar hızına ve pervane çapına ihtiyaç vardır. Büyük rüzgar türbinleri genellikle saniyede 15 metre hızla döner. Teorik olarak üretilen gücü artırmak için pervane çapının büyütülmesi gerekir. Bu, rüzgar türbinlerinin yüksekliğinin de artması anlamına gelir. Bu sayede daha fazla rüzgar elde edilir ve daha hızlı dönme hareketi sağlanır.
Genel olarak, rüzgar türbinleri saatte 53 mil hızla dönerken tam kapasiteyle çalışırlar. 45 mph (20 m/s) hıza çıktığınızda, sistem otomatik olarak durur. Türbin çok fazla hızlanırsa sistemi durduracak birkaç kontrol vardır. En yaygın sistem fren sistemidir, pervane 45 mil / saate ulaştığında dönmeyi durdurur. Diğer güvenlik unsurları şunlardır:
Açı kontrolü: Fan yüksek hızlara çıktığında üretilen güç çok fazladır. Bu gibi durumlarda pervanelerin açılarını değiştirmek ve daha yavaş dönüş hareketi elde etmek için kullanılır.
Pasif Amortisör: Pervaneler ve motor bloğu genellikle sabit bir açıda ayarlanır. Ancak rüzgar çok hızlı estiğinde fanın ters dönmesini engellemek için geliştirilmiş bir sistemdir. Aerodinamik olarak pervanenin açısını rüzgarın aksi yönünde değiştirerek hızı düşürmeye çalışın.
Aktif Zayıflatıcı: Köşe kontrol sistemine benzer bir sistemdir. Güç çıkışı arttırılırsa pervanenin açısını ve motorun kütlesini değiştirmek için kullanılan bir sistemdir.
Sonuç olarak, 50.000 rüzgar türbini yılda 50 milyar kilovat-saat enerji üretiyor.
Rüzgar enerjisi kaynakları ve ekonomisi
Tipik büyük rüzgar türbinleri yılda 5,2 milyon kWh elektrik enerjisi üretir. Yaklaşık 600 hanenin elektrik ihtiyacını karşılayabilir. Günümüzde kömür ve nükleer santraller rüzgar santrallerinden daha ucuza enerji üretebilmektedir. Rüzgar enerjisini neden kullanırız? Bunun iki önemli nedeni var. Rüzgar enerjisi “temiz” ve “yenilenebilir” özelliktedir. Atmosfere zararlı karbondioksit ve nitrojen gazları salınımı yoktur ve rüzgarın sonu diye bir şey yoktur. Rüzgar enerjisi her ülkede üretilebilir. Diğer ülkelerden enerji transferine gerek yoktur. Ayrıca uzak bölgelerde rüzgar santralleri kurmak ve üretilen enerjiyi merkezi lokasyonlara aktarmak daha kolaydır.
Rüzgar santrallerinin bu faydalarının yanı sıra olumsuz yönleri de bulunmaktadır. Diğer santraller gibi her zaman yüksek verimde çalışamazlar. Çünkü rüzgar hızı değişkendir. Rüzgâr türbinleri şehirlere yakın bölgelerde sebep oldukları gürültü kirliliği nedeniyle insanlara, hayvanlara ve doğal hayata rahatsızlık vermektedir.
Rüzgar var olduğundan beri güvenilir bir enerji kaynağı olmamıştır. Rüzgar hızı azaldığında veya azaldığında geri dönüştürülemeyen enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulur.
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]