1. GİRİŞ Enerjiye olan büyük gereksinim, yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarının sürekli gündemde olmasının nedenidir. Alternatif kaynaklar olarak da adlandırılan bu enerji kaynaklarından biriside rüzgar enerjisidir. Rüzgar enerjisi, fosil yakıtların tükeneceğinin anlaşıldığı son yıllarda, enerji sorununa çözüm olarak görülen kaynaklardan birisidir. İlk kullanım örneklerinin bundan 3000 yıl öncesinde rastlanılmasına rağmen , rüzgar enerjisi son on yıl öncesine kadar yeterince irdelenmemiş ve değerlendirilmemiştir. Enerji, dünyanın varolma süresinin referans olarak alındığı bir sınıflandırmaya göre; tükenebilen ve kendisini dünya varoldukça yenileyebilen, yani tükenmeyen enerji olarak İki grupta incelenebilmektedir (Tablo 1.1). Yenilenebilir enerji kaynaklan da enerjinin ana kaynağına göre; güneş kaynaklı, dünya kaynaklı ve ay kaynaklı olarak üç gurupta incelenebilmektedir. Tablo 1.2 'nin incelenmesinden de anlaşıldığı gibi güneş kaynaklı olan rüzgar enerjisi, doğal enerji dönüşümü sonucunda kendisini atmosferde hava hareketi ve denizlerde dalga hareketi olarak hissettirmektedir. Bu kinetik enerjide, rüzgar enerjisi ve dalga enerjisi tesislerinde elektrik enerjisine, su pompalama tesislerinde mekanik enerjiye dönüştürülebilmektedir. Dünya enerji gereksiniminin karşılanmasında ağırlıklı olarak kullanılan fosil yakıtlar ve atom enerjisi, kendine özgü ve tüm insanları doğrudan ilgilendiren sorunlara neden olurlar. Bu sorunların başında, 2001 yılı kaynaklarına göre; atom enerjisinin kaynağı olan uranyumun 50 yıl, petrolün 44 yıl, doğalgazın 64 yıl ve kömürün 185 yıl sonra, bugüne kadar bulunmuş rezervlerinin tükenecek olmasıdır Fosil yakıtlar ile ilgili diğer bir sorunda, çevreye verdikleri zararlardır. Örneğin l kwh 'lik elektrik enerjisi elde etmek için fosil yakıtlar yerine rüzgar santrali kullanıldığında, ortalama olarak 750-1250 gr karbondioksit, 40-70 gr kül, 5-8 gr kükürt dioksit, 3-6 gr azot oksit'in atmosfere şahnişi engellenmiş olunacaktır. Bu nedenlerden dolayı son yıllarda büyük dünya ülkeleri, enerji gereksinimlerinin karşılanabilmesi için rüzgar, güneş, jeotermal, biomas, gelgit ve hidrolik enerjiden oluşan yenilenebilir enerji kaynaklarına yönetmişlerdir.
2
Tablo 1.1 Tükenebilirliğine göre enerji türleri, avantaj ve dezavantajları TÜKENEBİLEN ENERJİ
TÜKENMEYEN (YENİLENEBİLİR) ENERJİ
Kömür, Linyit, Petrol, Doğalgaz,
Su (Hidrolik), Güneş, Rüzgar, Dalga,
Atom (Uranyum) gibi kaynaklardan
Jeotermal, biomas, gelgit olayı gibi
elde edilen enerji
kaynaklardan elde edilen enerji
Çevreyi kirletirler ve dünyanın
Çevre dostudurlar ve dünya
varolma sürecinde tükenirler
varoldukça tükenmezler.
(Yenilenebilir enerji kaynaklan sempozyumu, İZMİR, 2001)
3
Tablo 1.2 Yenilenebilir enerji kaynaklarının sınıflandırılması YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI Ana Kaynak
Birincil Enerji
Doğal Enerji
Teknik Enerji
Kaynaklan
Dönüşümü
Dönüşümü
Kullanım Enerjisi
Su Güç Su
Buharlaşma,
Tesisleri
Yağış
(Hidroelektrik
Elektrik Enerjisi
Santralleri)
Rüzgar
Atmosferdeki
Rüzgar Enerjisi
Elektrik ve
Hava Hareketi
Tesisleri
Mekanik Enerji
Dalga Enerjisi
Elektrik ve
Tesisleri
Mekanik Enerji
Isı Pompası
Isı Enerjisi
Dalga Hareketi Yer ve Atmosferin GÜNEŞ
Isınması Kollektörler
Güneş Işınları Güneş Işınları
Isı Enerjisi
Solar Hücreler (Güneş Pilleri-
Elektrik Enerjisi
Fotovoltaikler) Isı
Güç Isı
Tesisleri Biomas
Tesisleri
AY
Yer Merkezi Isısı
Ay Çekimi Gücü
Elektrik
Enerjisi
Biomas Üretimi Dönüşüm
DÜNYA
ve
Jeotermal Enerji
Gel-Git olayı
Yakıt Enerjisi
Jeotermal Güç
Isı ve Elektrik
Tesisleri
Enerjisi
Gel-Git Güç Tesisleri
[Yenilenebilir enerji kaynaklan sempozyumu, İZMİR, 2001)
Elektrik Enerjisi
4
2. RÜZGAR ENERJİSİ 2. l Rüzgar ve Oluşumu Gerekli enerjisini güneşten alan bir ısı makinası olarak nitelendirilebilecek atmosferde, ısıl potansiyel farklara sahip olan hava kütleleri, soğuk ve yüksek basınç alanı olan bir noktadan, daha sıcak ve alçak basınç alanına hareket ederler. Isı enerjisinin kinetik enerjiye dönüştüğü bu doğa olayındaki hava kütlesi hareketine, rüzgar adı verilir. Rüzgarlar, sürekliliklerine göre bütün bir yıl boyunca esen sürekli rüzgarlar ve belli zamanlarda esen harikeyn, tayfun, tornado ve girdaplar gibi süreksiz rüzgarlar olarak iki grupta incelenebilir (Tablo 2.1). Alizeler, her mevsim kuzey ve güney yarım kürede 30° enlem üzerinde bulunan yüksek basınç kuşağından, ekvator üzerindeki alçak basınç kuşağına doğru eserler. Kontralize rüzgarları ise, atmosferin yükseklerinde alize rüzgarlarının ters yönünde eserler ve oluşmalarının nedeni, ekvatorda ısınan hava kütlelerinin yükselmesi ve ekvatordan uzaklaşacak şekilde hareket etmeleridir. Meltem rüzgarları, karaların denizlerden ve dağların vadilerden daha çabuk ısınıp soğuması sonucu, üzerlerinde bulunan hava kütlelerini etkilemesi nedeni ile oluşur. Gündüzleri; denizlerden, çabuk ısınan karalara doğru deniz meltemleri, geceleri de; çabuk soğuyan karalardan, denizlere doğru kara meltemleri eser. Deniz ve kara meltemleri, sahilden 40 km. içlere kadar etkili olurlar. Aynı şekilde, gündüzleri, vadilerden çabuk ısınan dağlara doğru vadi meltemleri, geceleri de; çabuk soğuyan dağlardan vadilere doğru dağ meltemleri eserler. Hareket halindeki bir hava kütlesinin; yükseldikçe bir dağa çarparak her 100 metrede 0.5 °C soğuyarak yükselmesi, daha sonrada dağın diğer yamacına her 100 metrede l °C ısınarak inmesine föhn rüzgarları adı verilir. Anadolu, kışın Sibirya yüksek basıncının etkisinde bir yüksek basınç alanı, Karadeniz ve Akdeniz ise bir alçak basınç alanıdır. Bu nedenle; kışın rüzgarların karalardan denizlere doğru esmesi beklenir. Yazın ise Anadolu güneyden gelen tropikal hava kütlelerinin etkisindedir ve Kuzeybatı Avrupa üzerinde yerleşen yüksek basınç alanından, Basra alçak basıncına yönelmiş rüzgarların etkisinde kalır. Yazın; eteziyen adı verilen ve kuzeybatıdan esen rüzgarlar, Marmara ve Ege'yi etkiler.
5
Tablo 2.1 Genel olarak rüzgarın sınıflandırılması Sürekli Rüzgarlar
Süreksiz Rüzgarlar
Meltem R.
Alize R.
KontrAlize R.
Muson R.
Kara ve
Dağ ve
Deniz
Vadi
Meltemi
Meltemi
FöhnR.
Siklon R. Antisiklon R
(Yenilenebilir enerji kaynaklan sempozyumu, İZMİR, 2001)
2.2 Rüzgar Enerjisinin Kullanımının Tarihçesi İnsanoğlu yüzyıllar boyunca rüzgardan ve onun gücünden etkilenmiş. İlk kez M.Ö. 2800 yıllarında Mısır’lıların, kürek mahkumlarının gücüne ek olarak rüzgar enerjisini kullandıkları biliniyor.Mısırlılar metrelerce uzunluktaki yelkenleri şişirip tonlarca ağırlıktaki gemileri yüzdürmek için rüzgar gücünden yararlanmışlar. M.Ö. 1700'lerin başlarında Babil kralı Hammurrabi, Mezopotamya'yı sulama konusunda rüzgar enerjisinden faydalanmak için çeşitli planlar yapmış. Yazılı belgeli tarihe geçen ilk yel değirmeni M.S. 644 yılına ait İran-Afganistan sınırındaki Seistan'dadır. Yel değirmenleri, Çin'de M.S. 750-850 yıllarında pirinç tarlalarının sulanmasında kullanılmıştır. İlk olarak Doğuda kullanılan düşey eksenli yel değirmenleri, Batılılar tarafından geliştirilmiş ve yatay eksenli hale getirilmiştir. Yatay eksenli ilk yel değirmeni örneği, 1180 yılında Hormandiya krallığı zamanına aittir. Yatay eksenli ve mekanik enerji amaçlı yel değirmenlerinin gelişimi, ayaklı yel değirmeni (Almanya), kule tipi yel değirmeni (Akdeniz Ülkeleri, Alaçatı ), döner çatılı Hollanda tipi yel değirmeni (Hollanda) ve 1850 yılında Daniel Hallady tarafından rüzgar yönü yönlendiricisi takılan çok kanatlı Amerikan tipi yel değirmeni olarak sıralanabilir.
6
1882 yılında NewYork'da elektrik santrali kurulmuş ve daha sonra da elektrik enerjisi kullanımı yaygınlaşmıştır. İlk rüzgar elektriği de, Danimarkalı Profesör Paul La Cour tarafından 1891 yılında üretilmiştir. Doğru akım elde eden Paul La Cour, elektroliz yoluyla hidrojen gazı elde etmiş ve bu şekilde rüzgar enerjisini depolamış. 1918 yılı sonrasında büyük şehirler elektriğe kavuşmuş ve dizel yakıtların ucuzluğu nedeniyle rüzgar enerjisini değerlendirme çabalan, bir kenara bırakılmıştır. Rüzgar enerjisinin bu bir kenara itilmişliği, enerji sıkıntısı nedeniyle 2. Dünya Savaşı'na kadar sürmüştür. Rüzgar enerjisi kullanımının tarihsel gelişimine; 1942 yılında üretilen 17.5 m. pervane çaplı ve 50 kW nominal güçlü Smidth rüzgar türbini ve 1957 yılında üretilen 24 m. pervane çaplı ve 200 kW nominal güçlü Gedser rüzgar türbini verilebilir. Rüzgarın enerji üretiminde kullanımı, 1970’li yıllardaki petrol krizinden sonra başlamıştır. 1980-1985 yıllarında Amerika’da toplam 1580 MW güce sahip rüzgar çiftlikleri kurulmuştur. Kurulu güç değeri 1998 sonu itibariyle 1946 MW’a ulaşmıştır. Avrupa’da, Danimarka, Hollanda ve Almanya’da kurulmaya başlanan rüzgar çiftlikleri hızla gelişmiş, 1991 yılında yeniden düzenlenen enerji kanunu ile Almanya rüzgar enerjisinde 1. sıraya çıkmıştır. Dünya’da kurulu gücün %60’ı Avrupa’da, %20’si Amerika’dadır. 1998 yılında eklenen 2100 MW’lık kapasite ile dünyadaki kurulu rüzgar gücü 9.600 MW’a ulaşmıştır. Özellikle 1980'li yıllardaki gelişmeler sonucunda, seri olarak üretilen ve yaygın olarak kullanılan rüzgar türbini nominal güçleri 600 kW, 750 kW, lOOOkW, 15OOkW ve 2000kW'dır. Gelecekte üretilecek rüzgar türbinlerinin nominal güçlerinin daha da artması beklenmelidir. 3. DÜNYADA VE TÜRKİYE'DE RÜZGAR ENERJİSİ 3.1 Dünya rüzgar enerjisi potansiyeli Rüzgar enerjisi yenilenebilir enerjiler arasındaki en gelişmiş ve ticari açıdan en elverişli enerji türüdür. Tamamıyla doğa ile uyumlu olup hem çevreye zarar vermeyen hem de tükenme ihtimali olmayan bir enerji kaynağıdır. Çevresel avantajları açısından da pek çok ülke, resmi teşviklerle rüzgar enerjisini desteklemektedirler. Tüm bunların amacı, pazan harekete geçirmek, maliyetleri düşürmek ve resmi teşviklerle şu an fosil yakıtların sahip olduğu haksız üstünlüğü ortadan kaldırmaktır. Çeşitli ülkelerde pazaRI harekete geçirmeye yönelik farklı politikalar izlenilmektedir. Rüzgar teknolojisinin
7
araştırma ve geliştirme girişimlerine verilecek destek bu teknolojinin elektrik enerjisi pazarında adil olarak rekabet edebilmesi ve son yıllardaki başarısını sürdürmesi için son derece önemlidir. Dünyada rüzgar santrallerinin kurulu gücü hızlı bir artış göstermektedir. 1995-2001 yıllan arasında rüzgar türbini satışlarında yıllık %40'lık bir büyüme gerçekleşmiştir. 1990 yılında dünyanın kurulu gücü 2160 MW iken 1994 yılında 3488 MW'a, 1995 yılında 4778 MW'a, 1996 yılında 6070 MW'a, 1997 yılında 7636 MW'a, 1998 yılında 10153 MW'a, 1999 yılında 13932 MW'a ve 2000 yılında 18449 MW'a çıkmıştır. (Tablo 3.1). Dünya rüzgar enerjisinin toplam kurulu gücünün yaklaşık %74'ü Avrupa kıtasında, %15'i Amerika kıtasında, %9'u Asya kıtasında ve kalan yüzdelik dilimde diğer kıtalarda bulunan dünya ülkelerindedir (Tablo 3.2). Avrupa'da en büyük kurulu güç Almanya'da olup, onu İspanya, Danimarka, Hollanda, İngiltere, İtalya, Yunanistan ve İsveç izlemektedir (Tablo 3.3). Amerika kıtasında en büyük kurulu güç Amerika Birleşik Devletleri'nde olup onu çok geriden Kanada takip etmektedir (Tablo 3.4). Asya'da Hindistan, Çin ve Japonya rüzgar santrallerine önem vermektedir (Tablo 3.5). Son on beş yıldır Amerika'da yeni bir rüzgar endüstrisi doğmuştur. 1982-1992 yılları arası California'da yaklaşık 15000 rüzgar türbini kurulmuştur. 370 MW gücündeki Kenetech Rüzgar Çiftliği dünyanın en büyük rüzgar santralidir. 8160 hektar alan kaplayan bu çiftlikte 100 kW 'lik 3500 adet ve 300-400 kW 'lık 40 adet türbin bulunmaktadır.Ancak kısa zaman da bu türbinlerden daha modernleri geliştirilmiştir. Avrupa'da rüzgar teknolojisi hızla gelişmektedir 1995 yılında yeni türbinler 600 kW güçte iken bugün geliştirilen türbinlerin gücü 2 MW' tır. Almanya yaptığı atakla 1998 sonunda rüzgar kurulu gücünü 2875 MW'a çıkarmış, kurulu gücü 1820 MW 'ta kalan ABD yi geçmiş ve birinciliği elde etmiştir. Avrupa'da şu anda 12 MW 'lık deniz üstü rüzgar santrali çalışır durumdadır ve deniz üstü kurulu gücün kısa zamanda 180 MW ‘a cıkarılması planlanmıştır. 2030 yılında rüzgar kurulu gücünün deniz üstü payının % 25’den az olmayacağı beklenmektedir. Teknolojik gelişimle rüzgar türbinlerinin ünite güçleri arttırılırken son beş yıl içerisinde fiyatları düşürülmüştür. Karada kurulan türbinlerin birim fiyatları 1600-1800 dolar/kW'a
8
kadar çıkabilmekte ise de ABD iç piyasasında 750 dolar/kW düzeyine inildiği belirtilmektedir. Tablo 3.1 1994-2000 Yıllan Arası Dünya Rüzgar Enerjisi Kurulu Gücü YIL
YILLARA GÖRE ARTIŞ
KURULU GÜÇ (MW)
MİKTARI (%)
1994
3488
-
1995
4778
37
1996
6070
27
1997
7636
26
1998
10153
33
1999
13932
37
2000
18449
32
(Rüzgar enerjisi sempozyumu , 2001)
Tablo 3.2 Dünya Rüzgar Enerjisi Kurulu Gücünün Kıtalara Göre Dağılımı KURULU GÜÇ (MW)
ARTIŞ MİKTARI
1999
2000
(%)
AMERİKA
2667
2847
6,7
AVRUPA
9737
13630
40
ASYA
1376
1728
25,6
OECD-ASYA
50
70
40
AFRİKA
64
137
140,6
DİĞER
37
37
0
TOPLAM
13932
18449
32,4
KITALAR
9
(Rüzgar enerjisi sempozyumu,2001)
Tablo 3.3 Avrupa Kıtası Rüzgar Enerjisi Kurulu Gücü Dağılımı KURULU GÜÇ (MW) ÜKLELER
1999
2000
AVUSTURYA
34
69
BELÇİKA
11
19
DANİMARKA
1738
2341
FİNLANDİYA
39
39
FRANSA
25
63
ALMANYA
4442
6107
YUNANİSTAN
158
274
İRLANDA
74
122
İTALYA
277
424
LÜKSEMBURG
6
6
HOLLANDA
433
473
NORVEÇ
13
13
PORTEKİZ
61
111
İSPANYA
1812
2836
İSVEÇ
220
265
İSVİÇRE
3
3
TÜRKİYE
9
19
İNGİLTERE
362
425
DİĞER
20,9
21,6
10
TOPLAM
9737
13630
(Rüzgar enerjisi sempozyumu, 2001)
Tablo 3.4 Amerika Kıtası Rüzgar Enerjisi Kurulu Gücü Dağılımı KURULU GÜÇ (MW) ÜLKELER
1999
2000
ARJANTİN
Ϊ5
16
BREZİLYA
22
22
KANADA
126
139
KOSTARİKA
50
51
MEKSİKA
2
2
AMERİKA
2445
2610
DİĞER
7
7
TOPLAM
2667
2847
(Rüzgar enerjisi sempozyumu, 2001) Tablo 3.5
Asya Kıtası Rüzgar Enerjisi Kurulu Gücü Dağılımı KURULU GÜÇ (MW)
ÜLKELER
1999
2000
ÇİN
262
352
HİNDİSTAN
1035
1220
JAPONYA
68
142
DİĞER
11
14
TOLPAM
1376
1728
11
(Rüzgar enerjisi sempozyumu, 2001)
Tablo 3.6 OECD-Asya Kıtası Rüzgar Enerjisi Kurulu Gücü Dağılımı KURULU GÜÇ (MW) ÜLKELER
1999
2000
AVUSTURALYA
10
30
YENİ ZELLANDA
35
35
PASİFİK ADALARI
5
5
TOPLAM
50
70
(Rüzgar enerjisi sempozyumu, 2001)
Tablo 3.7 Afrika Kıtası Rüzgar Enerjisi Kurulu Gücü Dağılımı KURULU GÜÇ (MW) ÜLKELER
1999
2000
MISIR
36
69
MOROCCO
13
54
TUNUS
11
11
DİĞER
4
4
TOPLAM
64
138
12
(Rüzgar enerjisi sempozyumu, 2001)
Tablo 3.8 Dünya Rüzgar Enerjisi 2000-2005 Kurulu Gücü Tahminleri KURULU GÜÇ (MW) KITALAR 2000
2001
2002
2003
2004
2005
AMERİKA
2847
4287
5237
6437
7537
8737
AVRUPA
13630
17380
22215
27525
33525
40575
ASYA
1728
2088
2618
3298
4128
5208
DİĞER
244
364
634
1059
1609
2409
TOPLAM
18449
24119
30704
38319
46799
56929
(Rüzgar enerjisi sempozyumu, 2001)
3.2 Türkiye'de Rüzgar Enerjisi Türkiye coğrafi konumu ve hüküm süren iklim koşullan itibari ile rüzgar enerjisi kaynaklan bakımından, teorik olarak elektrik enerjisinin tamamını karşılayabilecek seviyededir. Ülkemiz toplamı 8000 km'yi bulan ve bunun büyük bir kısmının rüzgar enerjisi kullanılabilecek durumda bulunan sahil şeridine sahiptir. Türkiye, Avrupa'da rüzgar enerjisi potansiyeli en zengin ülkeler arasında yer almaktadır. Türkiye'nin teorik olarak hesaplanan potansiyeli 83.000 MW değerindedir. Bu Türkiye'nin biran önce kullanması gereken önemli bir rüzgar enerjisi potansiyeli olduğunu göstermektedir Fakat rüzgar enerjisinin mevcut olan enerji sistemine girişini sağlayabilmek için gerekli
13
teknik ve ekonomik fizibilite çalışmaları yapılmalıdır. Çünkü bu enerji kullanılmadığı her zaman dilimi için aynı zamanda kayıp olan enerji anlamına gelmektedir.
Türkiye'de 2001 yılı kaynaklarına göre rüzgar enerjisi kurulu gücü 19 MW değerindedir (Rüzgar enerjisi sempozyumu bildiriler kitabı, 5-7 Nisan2001). Ancak bu değer ülkemizin teknik potansiyeli göz önüne alındığında düşük bir değerdir. Avrupa'da elektrik enerjisi planlamalarında, enerjinin şu an % 8, 2030 yılında ise %10'unun yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanılması hedeflenmektedir. Benzer yaklaşımla Türkiye'nin hedefi, toplam kurulu gücünü 25000 MW'a çıkarmak olmalıdır. Türkiye'nin rüzgar enerjisi potansiyeli çalışmalarının ortak bulgusu, yerden 10 m. yükseklikte yıllık ortalama 2,7 m/sn (10km/h) hız sının ile ülkemizin elektrik üretimine elverişli yörelerinin bulunduğudur.DMİ istasyonlarında yapılmış uzun dönemli ölçümlere dayalı istatistikler, EİE tarafından 1984'te tamamlanan 'Türkiye Rüzgar Enerjisi Doğal Potansiyeli" çalışmasında değerlendirilmiştir. 10 m yükseklikteki yıllık ortalama rüzgar hızı ve güç yoğunluğu açısından en yüksek değer 3,29 m/sn ve 51,91
W/m2 ile Marmara'da saptanmıştır. En düşük değer ise, 2,12 m/sn hız ve 13,19 W/m2 güç yoğunluğu ile Doğu Anadolu'da bulunmuştur. Bu çalışmaya göre Türkiye'nin %64,5'de rüzgar enerjisi güç yoğunluğu 20 W/m2 'yi aşmazken, %16,1 ‘inde 30-40 W/m2 arasında, %5,9'unda 50W/m2 'nin ve %0,08'inde de 100W/m2 'nin üzerindedir. EİE, bazı özel alanlardaki 11 istasyonda enerji ölçümleri ve yöresel potansiyeli belirleme çalışmaları yapmaktadır Türkiye rüzgar bakımından zengin yöreleri olan bir ülkedir. Brüt potansiyelinin yılda 400 milyar kWh, teknik potansiyelinin ise, 120 milyar kWh olduğu düşünülmektedir. Söz konusu teknik potansiyel yıllık elektrik üretiminin 1,2 katıdır. Ancak, Türkiye genelinde 10 metre yükseklikteki rüzgar yoğunluğunun alansal ve zamansa! dağılımı ile teknolojik kısıtlılıklar göz önünde tutulduğunda, güvenilir rüzgar enerjisi potansiyeli, 12 milyar kWh/yıl olarak hesaplanmaktadır. Ayrıntılı ölçümler ve yeni verilerle bu değerin artması olasıdır.
14
Türkiye'de 10 metre yükseklikte yapılan ölçümlere göre tespit edilen rüzgar hızları Tablo 3.9'da verilmiştir. Tablo 3.10'da ise Türkiye'de rüzgar yoğunluğunun en fazla olduğu yöreler görülmektedir
Tablo 3.9 Türkiye'nin Çeşitli Bölgelerinde 10 m. Yükseklikte Yapılan Ölçümler BÖLGE
Yıllık ortalama rüzgar hızlan (m/sn)
Bandırma
5,12
Sinop
4,73
Nurdağı (K.Maraş)
7
Datça
5,85
Akhisar
6,84
Yalıkavak (Bodrum)
5,68
Göktepe (Bitlis)
5,66
Belen (İskenderun)
7,01
Zengen (Bor)
3,54
Didim
4,81
Kocadağ (Çeşme)
9,28
Karabiga (Çeşme)
6,52
Şenköy (Mardin)
7,69
Gökçeada
7,03
Söke
5
(Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu, İZMİR, 2001) Tablo 3.10 Türkiye'de rüzgar enerjisi açısından süreklilik ve yoğunluk gösteren yöreler İSTASYON ADI
Rüzgar gücü yoğunluğu (W/m2)
Bandırma
152,6
Antakya
108,9
Kumköy
82
Mardin
81,4
Sinop
77,9
Gökçeada
74,5
15
Çorlu
72,3
Çanakkale
71,3
(Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu, İZMİR, 2001) Batı ve Kuzey-Batı Anadolu'nun rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesi için, uzun yıllık meteorolojik veriler incelenerek, yıllık ortalama rüzgar hızlan 3m/sn'den daha yüksek olan yöreler belirlenmiş ve Tablo 3.11 'de gösterilmiştir. Tablo 3.11 Yıllık Ortalama Rüzgar Hızlan 3 m/sn'den Yüksek Olan Batı ve Kuzey Batı Anadolu Yöreleri YÖRE
HIZ (m/sn)
YÖRE
HIZ (m/sn)
YÖRE
HIZ (m/sn)
Ayvalık
3,1
Florya
3,3
Kırklareli
3,0
Balıkesir
3,1
Gökçeada
4,4
Menemen
4,1
Bandırma
5,2
İpsala
3,6
Muğla
3,4
Bergama
4,0
İzmir
3,4
Sarıyer
4,7
Bodrum
3,8
Kumköy
4,5
Şile
3,1
Bozcaada
7,0
Tekirdağ
3,3
Yeşilköy
4,1
Çanakkale
4,5
Bilecik
3,4
Datça
3,1
Çiğli
4,1
Çeşme
3,8
Erdek
3,2
Çorlu
4,0
Dikili
3,0
Gemlik
3,2
(Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu, İZMİR, 2001)
Bu yöreler içerisinde esme saat sayılan ve yıllık ortalama rüzgar hızları potansiyel belirlemeye uygun olan Bandırma, Bergama, Bozcaada, Çanakkale, Çorlu ve Gökçeada olası potansiyelleri yüksek görülen yöreler olarak saptanmış ve bunlara ait detaylı hız
16
verileri DMİ' nin saatlik rüzgar cetvelleri incelenerek 1987, 1988, 1989 yıllan için çıkartılmıştır Elde edilen veriler esme saat sayılarını gösteren frekans tablolarının hazırlanması için bilgisayara yüklenmiştir. Potansiyel olanağı yüksek görülmekle birlikte yeterli veri sağlanamadığı için Kumköy, Sarıyer, Çiğli ve Yeşilköy çalışmada değerlendirme dışı bırakılmıştır. Rüzgardan üretilen elektriğe, kirletici emisyonlar olmadan üretilecek elektriğin çevresel yararlarını yansıtan, hakça bir bedel ödenmesi ve iyi organize olmuş bir kurumsal alt yapı ve rüzgar enerjisinin planlama yönetmeliklerinin hazırlanması durumunda, Türkiye'de rüzgar enerjisi kurulu gücünün gelişiminde YEKAB ( Yeni ve Yenilenebilir Enerji Kaymaklan Araştırma Birimi )tarafindan ön görülen ve Tablo 3.12'de belirtilen hedeflere kolayca ulaşılabilecektir. Rüzgar enerjisinin geliştirilmesine gereken önem verilerek pazar yaratıldığında Türk Endüstrisi rüzgar gücü santrallerinin imalatına kolayca adapte olabilecektir. Yeni kurulan rüzgar çiftliklerinin kuleleri yerel olarak imal edilmeye başlanmıştır. Türkiye için öngördüğümüz kurulu güç hedefleri ve bu kurulu kapasitenin Türkiye Endüstrisi tarafından imalatı durumunda yaratılabilecek iş potansiyeli aşağıdaki Tabloda verilmiştir.
Tablo 3.12 Türkiye'de rüzgar enerjisi için mümkün hedefler (YEKAB öngörümü) Yıl
Kurulu
Kapasite
YEKAB-Hedefi
(MW)
Yaratılan İş Adam Yıl
2003
1.400
28.000
2005
5.000
100.000
2010
10.000
200.000
2020
20.000
400.000
(Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu, İZMİR, 2001)
17
Tablo 3.13 Türkiye'deki Rüzgar Enerji Santrallerinin Durumu PROJENİN DURUMU Hizmete
Giren
PROJENİN ADI
Rüzgar Çeşme-Germiyan R.S.
PROJENİN YERİ
KURULU GÜCÜ (MW)
Izmir-Çeşme
1,74
Izmir-Çeşme
7,2
Ç.Kale-Bozcada
5,0
Çanakkale R S.
Çanakkale
30,0
Bozcaada R. S.
Ç Kale-Bozcada
10,2
Rezerve Fizibilite Raporu Akhisar RS
Manisa-Akhisar
12,0
Beklenen Projeler
Gökçeada R S.
Ç.Kale-Gökceada
16,2
Akhisar R.S.
Manisa-Akhisar
30,0
Datça R.S.
Muğla- Datça
30,0
Mazıdağ R.S.
İzmir-Çeşme
39,0
Hacıömerli R. S.
İzmir-Aliağa
45,0
Bodrum R.S
Bodrum- Yalıkavak
19,8
Kocadağ R.S.
İzmir-Çeşme
43,5
Yayla Köy R.S.
İzmir Karaburun
15,0
Şenköy R.S.
Hatay-Şenköy
12,0
Çeşme R.S.
Izmir-Çeşme
12,0
Yalıkavak R.S.
Bodrum- Yalıkavak
15,0
Beyoba R.S.
Akhisar-Beyoba
15,0
Lapseki R.S.
Ç. Kale- Lapseki
15,0
Bandırma R.S.
Balıkesir-Bandırma
15,0
Datça R.S.
Muğla-Datça
15,0
Karaburun R.S.
İzmir-Karaburun
22,5
Ç.Kale-Karabiga
15-30
Kapıdağ R.S.
Balıkesir-Erdek
20-35
İntepe R.S.
Ç.Kale-întepe
30
İntepe R.S
ÇKale-İntepe
13,2
Başvuru Raporu Sunulup, Karabiga R.S.
Ç.Kale-Karabiga
5-7
Ölçümleri
Ç.Kale-Karabiga
120
Santralleri
Çeşme-AlaçatıR.S
Fizibilite
Raporu Bozcaada R S
Değerlendirilenler
Fizibilite Raporu Beklenen Projeler
Başvuru
Raporu Karabiga R.S.
Değerlendirilen Projeler
Beklenen Karabiga R. S.
18
Projeler
Yellice R.S
İzmir-Karaburun
(Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu, İZMİR, 2001)
70-100
19
Şekil 3.1 Türkiye'de Rüzgar Hız ve Potansiyel Dağılımları (EİEİ)
20
4. RÜZGAR ENERJİSİ TÜRBİNLERİ 4.1
Rüzgar Enerjisi Türbinlerinin Tanımı
Tahrik edilen kısmı dönme hareketi yapan ve bir akışkanda bulunan enerjiyi milinde mekanik enerjiye dönüştüren makinalara türbin denir. Türbinler, en genel halde; buhar, gaz, su ve rüzgar türbinleri olarak dört grupta İncelenir. Rüzgar türbinleri ile ilgili tanımlar, değişik kaynaklarda birbirleriyle çelişmektedir. Bu konudaki en genel tanımlama aşağıdaki gibidir: Pervane kanatlan, pervane göbeği ve pervane miline rotor veya türbin denilir. Pervane mili dişli kutusuna bağlıdır. Dişli kutusunu jeneratöre bağlayan mile de, jeneratör mili denir. Bunların tümü kule tarafından taşınır. Kule ile yer bağlantısı da temel aracılığıyla sağlanır. Tüm bu elemanlara, en genel halde rüzgar enerjisi tesisi adı verilir. Bu gerçeğe rağmen, yerli ve yabancı literatürde, rüzgar enerjisi tesisi yerine, rüzgar türbini denmesi alışkanlık olmuştur. Rüzgar Enerjisi Türbinlerinin Sınıflandırılması Rüzgar türbinleri, direnç, kaldırma ve yükselen hava kuvvetinden yararlanmalarına göre, pervane ekseninin yatay yada düşey olmasına göre sınıflandırılabilirler. 4.2.1 Rüzgarın Kuvvetinden Yararlanma Şekline Güre Sınıflandırılması 4.2.1.1 Rüzgarın Direnç Kuvvetinden Yararlanılan Türbinler Direnç kuvvetinden yararlanan türbinlerde, rüzgara karşı bir düzey tutulur ve rüzgar basıncından dönme hareketi oluşur Örnek olarak; kepçe tipi anenometreler, Fars çarkı ve Savonius türbini gösterilebilir. Direnç kuvvetinden yararlanan türbinler, pistonlu pompalar ile su pompalanması gibi yüksek moment gereken yerlerde kullanılır ve elektrik üretimi gibi yüksek güç gereken alanlarda kullanılmazlar.
21
4.2.1.2 Rüzgarın Kaldırma Kuvvetinden Yararlanılan Türbinler Kaldırma kuvvetinden yararlanan türbinlerde rüzgar; yüzeye belli bir açıyla gelir ve yüzeye etkiyen hava hızının doğrultusuna dik olarak oluşan kaldırma kuvveti, dönme hareketine dönüşür. Yüzey öncesinde yüksek basınç, yüzey arkasında ise alçak basınç oluşmaktadır. Örnek olarak, düşey eksenli Darrius türbini ve kanatlı yatay eksenli rüzgar türbinleri gösterilebilir. Rüzgar türbinleri, nominal güçlerine göre de 5 kW'a kadar küçük güçlü, 5 kW ‘ın üstünde ise büyük güçlü rüzgar türbinleri olarak sınıflandırılır. 4.2.1.3 Yükselen Hava Akımlı Rüzgar Türbinleri Yükselen hava akımlı rüzgar türbinleri, hava hareketindeki kinetik enerjiden yararlanan türbinlerdir. Enerji dönüştürücüsü yükselen hava akımlı rüzgar türbinleri (güneş enerjisi konveksiyon bacası), güneş ışınlan enerjisi tarafından ısıtılan havanın yükselmesi ve yükselen havadaki kinetik enerjinin de rüzgar türbinini tahrik etmesi prensibine göre çalışır. Isıtılarak yükselmesi istenen hava, üsten cam veya plastik malzemeden yapılmış geçirgen bir çatı ile örtülüdür ve bu çatının ortasında yer alan betonarme bacada yükselir. Yükselen hava akımlı rüzgar türbinlerinde elde edilen güç; kolektör verimi, kolektör enine kesit alanı, havanın sabit basınçta özgül ısı kapasitesi, dış ortam sıcaklığı, güneş sabiti ve bacanın yüksekliğine bağlıdır Buradaki baca yüksekliği arttıkça, elde edilen güç de artmaktadır Bu baca, alttan ankastre mesnet üsten serbest bir çubuk olarak idealleştirilmektedir. Baca boyu, yapım ve montajındaki teknik kısıtlar gibi; burkulma problemi ile de sınıflandırılmaktadır. Yükselen hava akımlı rüzgar türbinleri ile ilgili teorik ve deneysel araştırmalar devam etmektedir.
22
4.2.2 Pervane Ekseninin Konumuna Göre Sınıflandırılması Yatay Eksenli Türbinler Dönme eksenleri rüzgar yönüne paralel ve kanatlar rüzgar yönüne diktir. Ticari türbinler genellikle yatay eksenlidir Rotor, rüzgarı en iyi alacak şekilde döner bir tabla üzerine yerleştirilmiştir. Yatay eksenli türbinlerin çoğu rüzgarı önden alacak şekilde tasarlanır. Rüzgarı arkadan alan türbinlerin ise, yaygın bir kullanım alanları yoktur. Yatay eksenli kanatlı rüzgar türbinlerinden daha fazla enerji alabilmek için, tarih boyunca öneriler
yapılmıştır.
Bunlardan
birisi,
iki pervanenin arka arkaya
yerleştirilerek, aynı jeneratör milimin döndürülmesidir. Arkadaki pervaneye, öndeki pervaneye gelen rüzgar hızının optimum durumda ancak üçte biri geleceğinden, bu öneri verimli olmamıştır. Pervanenin önüne bir nozul yerleştirilerek, rüzgar hızının arttırılması önerisi de, hava debisinin küçük kesit tarafından belirlenmesi ve rüzgar yönüne ters hava sirkülasyonu oluşturması nedeniyle, bekleneni verememiştir. Rüzgar türbini pervanesinin bir difizör içine yerleştirilmesi sonucunda, rüzgar yönünde hava sirkülasyonu oluşması ve bunun da hava hızını arttırması nedeniyle, serbest pervaneye nazaran 3,5 kat daha fazla enerji elde edilmiştir Fakat, bunun için difizör boyunun pervane çapının 2-3 katı olması gerekmektedir. Difizörün ağırlığı, hem ek bir yüktür, hem pervane düzleminin rüzgar hızına dik konuma getirilmesi daha zor olmaktadır. Bu gibi nedenlerle, difizörden elde edilen ek kazanç, sistemin serbest pervaneye göre daha ekonomik olması için yeterli olmamaktadır.( Şekil 4.1) 4.2.2.2 Düşey Eksenli Türbinler Bu türbinlerin dönme eksenleri düşey ve rüzgara diktir. Kanat kirişleri dönme eksenine dik olacak şekilde yerleştirilmiştir. Düşey eksenli türbinlerde, kanatların içbükey ve dışbükey yüzeyleri arasındaki çekme kuvveti farkı nedeniyle dönme hareketi oluşur. Aynı ilke Savonius rotorlarda daha özel bir şekilde kullanılır. Bu rotorda güç katsayısı 0,15'den daha azdır. Bu nedenle güç üretiminde tercih edilmezler.(Şekil 4.1)
23
Şekil 4.1 Düşey ve Yatay Eksenli Türbinler.
4.2.2.3 Eğik Eksenli Türbinler Dönme eksenleri, düşeyle rüzgar yönünde bir açı yapan türbinlerdir. Ayrıca, kanatlar ve dönme ekseni arasında da belirli bir açı bulunmaktadır. Yaygın bir kullanım alanı yoktur. 4.3 Modern Yatay Eksenli Rüzgar Türbinlerinin Ana Elemanları Yer konumuna göre, rotoru yatay eksende çalışan yatay eksenli rüzgar türbinleri, daha geleneksel ve daha modern bir kullanımı sunarlar. Modern yatay eksenli kanatlı rüzgar türbinlerini oluşturan ana elemanlar ile ilgili, alt başlıklarda kısa bilgiler verilmektedir.
Şekil 4.2 Yatay Rüzgar Türbini Kesit Görünümü
24
4.3.1 Kule Kule malzemesi, genelde çelik veya betondur. Modern rüzgar türbinleri, halka enine kesitli kulelere sahiptir Kule yüksekliği, yüksekteki daha rüzgar hızlarından yararlanmanın getirişi ile boya bağlı artış gösteren kule maliyeti arasındaki optimum çözümle belirlenir. Kule boyutlandırılmasındaki bir diğer parametre de, eğilme doğal frekansı, kule malzemesi ve dolayısıyla maliyeti önemli ölçüde etkilemektedir. Rüzgar türbinlerinin tüm imalat giderlerinin % 11-20' si kule imalatına aittir. 4.3.2 Türbin Pervanesi Rüzgar türbinlerinin pervaneleri; alüminyum, titan, çelik, elyaf ile güçlendirilmiş plastik (cam elyafı, karbon elyafı ve aramid elyafı) ve ağaçtan imal edilmektedir. Modern rüzgar türbinlerinin kanatlarının hemen hemen tamamı, cam elyafı ile güçlendirilmiş polyester veya epoksi gibi, cam elyafiyla plastikten üretilirler. Çelikten üretilen kanatların eğilmeye dayanımı çok iyidir. Fakat, yorulma dayanımları ve korozyon sorunu yaratmaktadır. Alüminyum kanatlar, çeliğe göre daha hafiftir, yorulma dayanımları daha iyidir ve korozyona daha dayanıklıdır. Alüminyum malzemenin zayıf noktalan; kabuk şeklindeki malzemenin burkulması, imalat tekniğinin zorluğu ve pahalı olmasıdır. Cam elyafının kopma mukavemeti, 420 N/nm2 ile St 52 çeliğinin kopma mukavemeti 520 N/nm2 'ye yakındır. Karbon elyafı İle güçlendirilmiş epoksi plastik malzemenin kopma mukavemeti ise, 550 N/nm2 ile çelikten daha iyidir. Cam elyafi ile güçlendirilmiş epoksi plastik malzemenin ana sorunu, elastisite modülünün 15 kN/nm2 ile çeliğe nazaran (210 kN/nm2 ) çok düşük olmasıdır. Bu nedenle, çok uzun kanatlarda cam elyafi yerine, elastisite modülü 44 kN/nm2 olan karbon elyafı ile güçlendirilmiş epoksi plastik malzeme kullanılır. Fakat, bu malzemede pahalıdır. 4.3.3 Dişli Kutusu Pervane muindeki enerji, jeneratöre bir dişli sistemi ile (örneğin, çevrim oranı; 1:15 ) aktarılır. Dişli sistemi, pervane milinin devir sayısını jeneratörün gerek duyduğu devir sayısına çıkarır. Örneğin Nortex Firması tarafinda üretilen N 54 adlı, 1000 kW nominal güçlü rüzgar türbinlerinde dişli kutusunun çevrim oranı l:70'dir. Bu türbinlerin jeneratörlerinde, rüzgar hızına göre otomatik olarak devreye giren 6 ve 4 kutup söz konusudur. 6 kutbun devrede olması durumunda, pervane rotorunun dakikadaki devir sayısı 14, jeneratör milinin dakikadaki devir sayısı 1000 ve türbin gücü 200 kW
25
olurken; 4 kutbun devrede olması durumunda, pervane rotorunun dakikadaki devir sayısı 22, jeneratör milinin dakikadaki devir sayısı 1500 ve türbin gücü 1000 kW olmaktadır.
Şekil 4.3 Dişli Kutusu 4.3.4 Jeneratör Rüzgar enerjisi tesislerinde kullanılan jeneratörler, alternatif akım veya doğru akım jeneratörleri olabilir. Burada elde edilen elektrik akımı, yetersiz kalitede alternatif akım veya doğru akım bile olsa, çeşitli güç elektroniği düzenekleriyle şebekeye uygun hala getirilebilir. Doğru
akım
jeneratörleri,
büyük
güçlü
rüzgar
enerjisi
tesislerinde
tercih
edilmemektedir. Bunun nedeni, sık bakım gereksinimi ve alternatif akım jeneratörlerine göre daha pahalı olmasıdır. Doğru akım jeneratörleri, günümüzde sadece küçük güçlü rüzgar enerji tesislerinde akülere enerji depolamak için kullanılır. Direkt şebekeye bağlantı sistemlerinde; alternatif akım jeneratörlerini oluşturan asenkron veya senkron jeneratörlerin millerinin devir sayısı: Nsenkron = 60.f/p (d/d) bağlantısı ile verilir. Burada f Hertz biriminde elektrik şebekesi frekansı, p çift kutup sayısı ve n dakikada devir sayısıdır Dişlideki kayıplar ve gürültünün önlenmesi amacıyla, çok kutuplu jeneratörü olan dişli kutusuz türbinler de kullanılmaktadır. Bu bağıntıdan da anlaşılabileceği gibi, jeneratörün kutup sayısı arttıkça, 50 Hz'lik elektrik
26
şebekesi frekansına uygun akım için gereken jeneratör mili devir sayısı da azalmaktadır. Bu nedenle, yüksek kutup sayılı jeneratörlerde dişli kutusuna gerek kalmamaktadır. Germiyan da otoprodüktör sistemi ile kurulan, Alman Firması Enercon tarafından üretilen E-40 adlı dişli kutusuz rüzgar türbinleri, 84 kutupludurlar ve pervane milinin dakikada 38 devir yapması durumunda 500 kW'hk nominal güce ulaşmaktadır. Şebeke bağlantılı alternatif akım jeneratörlerinde, sadece şebeke frekansını sağlayan devir sayısında elektrik enerjisi üretebilmektedir. Bu da, rüzgar türbininden örneğin sadece 8 m/s için optimum yararlanmak demektir. Bu nedenle, rüzgar türbinlerinin bazılarında, düşük ve yüksek rüzgar hızları için iki ayrı jeneratör kullanılmaktadır.
4.4
Rüzgar Türbinlerinin Şebeke Bağlantı Yöntemleri
4.4.1 Rüzgar Türbinlerinin Şebekeye Bağlantısı 4.4.1.1 Genel kısıtlamalar Rüzgar enerjisi çok kesintili bir enerji kaynağıdır. Bu rüzgar enerjisini, hiçbir sınırlamaya tabiî tutmadan elektrik enerjisine çevirerek şebekeye veren bir rüzgar konvektörünün de çok kesintili bir elektrik enerjisi üretmesi kaçınılmaz. Kesintili yük çeken tesislerin elektrik şebekesindeki olumsuz etkileri çok eskiden beri bilinmektedir. Bu nedenle kesintili üretim yapan bir rüzgar konvektörünün de şebekeye yaptığı olumsuz etkileri sınırlamak için, diğer ülkelerde olduğu gibi ülkemizde de sınırlamalar getirilmiştir. Rüzgar türbinlerinin şebekeye yaptığı olumsuz etki, şebekeye bağlantı noktasındaki kısa devre gücüne bağlıdır. Bugün günümüzde tesis edilecek bir rüzgar santralinin kurulu gücü, bağlantı noktasındaki minimum kısa devre gücünün yüzde beşi ile sınırlıdır. ( Bu güç bir veya daha fazla rüzgar santrali arasında paylaşılabilir) Ancak rüzgar konvektörleri son 5-10 yılda büyük bir gelişme göstermiştir. Bugün kullanılan modern rüzgar türbinlerinde, rüzgar enerjisi, olduğu gibi elektrik enerjisine çevrilerek şebekeye verilmeden önce çeşitli kademelerden geçmektedir Türbinlerin ilk devreye çektiği akım sınıflandırılarak, şebekeye etkisi azaltılmaktadır. Rüzgar hızına göre üretimi sabit tutmak amacıyla kanat açılan sürekli değiştirilmektedir. Bir kısım rüzgar türbinleri ise, ani gelen rüzgar darbeleri ile üretim yapmadan dönüş hızını arttırmakta, bu şekilde rüzgar darbesinin elektrik darbesi olarak şebekeye
27
aktarılmasını nispeten engellemektedir Diğer yandan bugün geliştirilen çoğu rüzgar türbinlerinde, türbinlerin gerilim seviyesini, şebekenin mevcut geriliminden daha yüksek veya daha düşük tutmak suretiyle şebekenin gerilim regulasyonuna katkıda bulunmak da mümkün olmaktadır. Ülkemizde elektrik sisteminin özelleştirilmesi planlanmaktadır. Bilindiği kadan ile bu planlamaya göre, dağıtım sistemi ve santraların işletmesi özel sektöre devredilecek, planlama ve enterkonnekte şebekenin işletilmesi ise TEAŞ'ın uhdesinde kalacaktır. Enerji üretiminde rüzgardan yüzde onu amaçlayan Avrupa ülkelerindeki yük tevzi merkezlerinde kullanılan yazılımların, TEAŞ tarafindan geliştirilip işletilecek yük tevzi merkezlerinde de kullanılmasıyla, rüzgar santrallannın sistem üzerindeki etkileri öngörülüp, tesisine getirilen kısıtlamalar bir ölçüde azaltılabilir. 4.4.1.2 Rüzgar Türbinlerinin Dağıtım Şebekesine Bağlantısı Dağıtım gerilimi seviyesinde şebekeye bağlanması planlanan bir rüzgar santralı, diğer enerji santralları veya otoprodüktör santrallarda olduğu gibi, ancak bağımsız bir enerji nakil hattı ile bir dağıtım merkezine veya TEAŞ trafo merkezine bağlanabilir. Sistem emniyeti ve can güvenliği açısından dağıtım hatlarına saplama girmelerine müsaade edilmemektedir. Ülkemizin elektrik dağıtım şebekesi genelde 34,5 kV ve daha düşük gerilim seviyesindedir. Rüzgarın bol olduğu kıyı bölgelerimizde trafo merkezlerinin güçleri 2550 MW olduğu, bu bölgedeki iletim sistemimizin genelde radyal olduğu ve minumum sistem empedansı göz önüne alınırsa, kısa devre güçleri 200-300 MWA ile sınırlı kalmaktadır. Bu durumda dağıtım şebekelerine bağlanacak rüzgar santrallerinin gücü azami 15 MW civarında olmaktadır. Rüzgar türbinleri çoğu gelişmiş ülkelerde basit sigortalı ayırıcılar ve her bir türbin için trafo ile şebekeye bağlanmakta ve başında eleman bulunmadan işletilmektedir. Personelsiz işledikleri için türbinin her türlü şebeke olayına ve türbin arızalarına karşı koruyan bilgisayarlı bir kontrol sistemi içermekte, çok nadir olarak meydana gelen arızalarda türbin kontrol sistemi tarafından sinyal yollanmakta ve uzaktan müdahale ile teknisyen yollanarak arıza giderilmektedir. Ülkemizde ise, trafoları, türbinleri ve bağlantı kablolarını korumak için kesici ve ayırıcı gibi ilave teçhizat ve kablo arızalarına karşı ring sisteminin kullanılması şart koşulmakta, mükerrer sayılabilecek bu teçhizat ise santral maliyetlerini arttırmaktadır.
28
4.4.1.3 Rüzgar Türbinleri İletim Şebekesine Bağlantısı İletim şebekesine bir rüzgar santrali, ya en yakın TEAŞ trafo merkezine çekilecek bir iletim hattı ile, yada en yakın iletim hattına girdi çıktı yaparak şebekeye bağlanabilir İletim şebekemizin gerilim seviyesi 154 veya 300 kW dur. Bu gerilimdeki trafo merkezlerimizin kısa devre güçleri 300-400 MWA dan başlamakta, 10000 MWA ya kadar çıkabilmektedir. Bu nedenle büyük güçte rüzgar santrali tesis etmek isteyenler ancak iletim şebekesine bağlanabilecektir. Dağıtım sistemine bağlanacak bir rüzgar çiftliğindeki elektrik bağlantılarının gerilim seviyesi, tercihen bağlanacak trafo merkezinin gerilim seviyesi olarak seçilmektedir. Bu durumda santral çıkışına ilave bir yükseltici (veya düşürücü) trafo tesis maliyeti olmayacaktır.İletim şebekesine bağlanacak rüzgar santralinde ise gerilim seviyesi olarak en ekonomik dağıtım gerilim seviyesi seçilir.bu durumda, santral çıkışında kullanılacak yükseltici trafonun, ülkemizde kullanılan standartlardan farklı olması durumunda, yedekleme sorunu ortaya çıkabilir. Rüzgar , santralarının üretim şebekesine bağlanması diğer bir şekil ise, kısa devre gücünün oldukça yüksek olduğu bir 380 kW merkeze bağlanmalıdır. Ülkemizde 380 kW merkezlerinin minimum kısa devre gücü genelde 5000 MWA'nın üzerinde olduğundan böyle bir merkeze çok sayıda rüzgar santralı, şebekeyi rahatsız etmeden bağlanabilir Burada önemli olan, çok sayıda trafo maliyetinden tasarruf etmek için, gerektiğinde sadece rüzgar santralarının bağlanacağı bir kirli bara tesis edilerek en ekonomik çözümün bulunmasıdır. 4.4.2
Şebeke Üzerindeki Bozucu Etkiler
Rüzgar türbinleri bağlandıkları şebeke üzerinde olumsuz etkilerini genelde gerilim dalgalanmaları, fliker ve harmoniklerin üretilmesi olarak göstermektedir 4.4.2.1
Gerilim Dalgalanması ve Fliker
Gerilim dalgalanması ve fliker, rüzgar türbinlerinin devreye girmesi, devreden çıkması, rüzgara bağlı olarak üretimin değişmesi gibi geçici olaylar nedeniyle oluşmakta ve kullanılan türbin tipine bağlı olarak değişmektedir. Bugün ülkemizde rüzgar çiftliklerinde kullanılan, yeni rüzgar projelerinde teklif edilen ve gelişmiş ülkelerdeki Pazar payının en ön sıralarında yer alan rüzgar türbinleri, senelerce geliştirildikten sonra sertifika aldıklarından, şebekeyi bozan bu etkileri asgariye indirilmiştir
29
4.4.2.2
Harmonikler
Harmonikler genelde invertörlü rüzgar türbinlerinde oluşmaktadır. Bugün geliştirilmiş çoğu türbinde kısmide olsa invertör kullanılmakta ve gerekli filtreler kullanılarak harmonikler istenilen seviyelere indirilmektedir. 4.4.2.3
Uygulama
Ülkemizde sanayi tesislerinden kesintili olarak enerji çeken tesislerin sistemindeki olumsuz etkilerini sınırlamak için TEAŞ tarafından sınır değerler belirlenmekte ve sistemdeki bu olumsuzlukların sınır değerlerini aşan tüketicilerin gerekli önlemleri almaları istenmektedir. Rüzgar santradan da kesintili tüketici sınıfına sokulmakta ve elektrik şebekesini zorlayan olumsuzlukların sınır değerlerinin altında kalması istenmektedir ARES santralı devreye alındıktan sonra TEAŞ tarafından yapılan incelemede, Ortak Kuplaj Noktası olan Alaçatı Trafo Merkezindeki olumsuzlukların sınır değerlerin altında kaldığı kıvançla izlenmiştir.
4.4.3 4.4.3.1
Şebekeye Katkıları ve Faydaları Kayıpların Azaltılması
Ülkemizde üretim kaynaklan ile tüketim birimleri arasında uzun mesafeler bulunmaktadır. Çok yüksek gerilim ile taşınan bu gerilim daha sonra yüksek ve orta gerilime indirilerek tüketicilere taşınmaktadır. Bilindiği gibi ülkemizin doğusundaki enerji tüketim kaynaklan tüketimin yoğun olduğu batıdaki merkezlere taşınmasında ve daha sonraki dağıtım şebekelerinde sarfınazar edilmeyecek kadar yüksek oranda enerji kayıpları oluşmaktadır. Rüzgar kaynaklan genelde ülkemizin batısında ve Ege kıyılarında yoğunlaşmaktadır. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından çalışmalarda, ülkemizde fizibl olarak tesis edilebilecek on bin MW dolaylarında rüzgar gücü olduğu belirlenmiştir. Batı yörelerimizdeki uygun bölgelere dağıtılmış olarak tesis edilecek bir-iki bin MW dolaylarındaki rüzgar santralı, gerek çok yüksek gerilimle gerekse yüksek ve orta gerilimle enerjinin kayıplarının azalmasında azda olsa rol oynayacaktır.
30
4.4.3.2
İletim Şebekesine Katkısı
İletim sistemimizin işletme maliyetleri arasıda, iletim kayıplarına ilaveten, gerekli iletim hatlarının ve indirici trafo merkezlerinin tesis maliyeti de önemli bir yer tutmaktadır. Rüzgar enerjisi kesintili bir enerji kaynağıdır. Bu nedenle, dağıtım şebekelerinde, tüketiciye götürülecek enerji için dağıtım ve trafo merkezi planlamasında, lokal olarak tesis edilecek rüzgar santrallerinin önemi çok sınırlıdır. Ancak her bölgenin rüzgar rejimi sınırlıdır. Bir bölgede rüzgar olmadığı halde diğer yörede rüzgar esebilir. Bu güne kadar yaptığımız rüzgar ölçümlerinde, birbirinde 100 km kadar uzak olan iki bölgede farklı rüzgar rejimlerinin olabildiğini gördük. Bu nedenle iletim şebekelerinin ve trafo merkezlerinin planlanmasında daha büyük bir bölge göz önüne alındığından, rüzgar santrallerinin üretimi önemli bir rol oynayabilir ve enerji iletimi planlaması açısından tesis maliyetlerinde nispi bir tasarruf sağlayabilir. Bilindiği gibi, rüzgar santralleri gibi dağıtılmış ve yüklere yakın olarak tesis edilmiş üretim kaynakları, enterkonnekte iletim şebekesinin stabilite açısından gerekli olan iletim hatlarının tesis maliyetinden de tasarruf sağlanabilir. 4.4.3.3
Dağıtım Şebekesine Katkısı
Türkiye'deki dağıtım şebekelerinin tasarımında genelde o bölgedeki dağıtım yükleri göz önünde bulundurulur. Özellikle kıyı bölgelerinde yüklerin düşük olması nedeni ile bu bölgelerde dağıtım şebekeleri radyal ve nispeten zayıf olarak tasarlanmıştır. Bunun sonucunda şebekelerin kısa devre gücü düşüktür Bu ise bu bölgelerde dağıtım şebekelerine
bağlanacak
rüzgar
santrallerinin
güçlerinin
düşük
olmasını
gerektirmektedir. Buna örnek olarak, Alacatı da kurduğumuz Türkiye'nin ilk Yap-İşlet-Devret rüzgar santralı olan ARES'i (Alacalı Rüzgar Enerji Santralı) gösterebiliriz. Alaçatı trafo merkezinde 34,5 kısa devre gücünün 200 MWA civarında olması nedeni ile buraya bağlanacak rüzgar santrallerinin toplam gücü 10 MW ile sınırlandırılmıştır. Diğer yandan ARES, Alaçatı-Çeşme'nin enerji gereksiniminin belirli bir oranını karşılamaktadır. Bu ise ilerideki yük artışlarında, ilave trafo tesis maliyetinden tasarruf sağlayacaktır. Şebekeye verilen enerji, 34,5 kV orta gerilim seviyesinden verildiğinden, 154/34,5 kV trafoların reaktif kayıplarından da tasarruf sağlanmaktadır. Ülkemizin çoğu bölgesinde rüzgarın yoğun olduğu, ancak enterkonnekte şebekelerin uzak ve kısa devre gücünün düşük olduğu yerler bulunmaktadır. Bu bölgelerdeki kısa devre gücü, 1-2 MW gibi, ancak lokal enerji ihtiyacının karşılayacak kadar düşük güçte bir rüzgar santralının tesisine olanak sağlamaktadır.
31
Rüzgar enerji santrallerinin bu özelliği göz önüne alınarak, dağıtım şebekelerine saplama bağlanmasına olanak tanınır. Düğer yandan bu santrallerde minimum salt cihazının kullanımına onay verilirse, bu yerlere bir veya birkaç rüzgar türbininin tesis edilmesi fizibl olacaktır. Böylece lokal ihtiyacının bir bölümü karşılanacak ve dağınık olarak tesis edilecek bu rüzgar türbinleri ile, dağıtım şebekelerinin hat ve trafo tesis maliyetlerinden ve kayıplardan tasarruf sağlanması mümkün olacaktır. 4.5
Rüzgar Enerji Santrali İşletme ve Bakımı
4.5.1 Rüzgar Enerji Santrali (RES) İşletmeciliği Rüzgar enerji santrallerinde üretim yapabilmek için kaynak olarak gereken tek unsur "rüzgar"dır. Nükleer santraller veya termik santrallerden farklı olarak üretim için gereken kaynağı stoklamak, istenildiği ölçüde kullanmak gibi bir durum söz konusu değildir. Bu sebepten dolayı elinizde mevcut olan kaynağı, bu kaynak var olduğu sürece en etkin şekilde kullanmanız gerekir. Bunu sağlamanın tek yolu da tesisin "emre amadeliği" nin maksimum olmasıdır. Emre amadelikten anlaşılması gereken "tesisin sürekli olarak üretim yapmaya hazır durumda bulunması"dır. 15-20 m/s hızlarda tam kapasitede çalışan bir tesisin, gereken özenin gösterilmemesi nedeniyle, çalışmaması hiçte hoş bir durum değildir. İstenilen hedefe ulaşabilmek için üzerinde önemle durulması gereken iki ana konu vardır; 1-Bakım 2-Kontrol 4.5.2 Rüzgar Türbinleri Periyodik Bakım Üretici firmanın tavsiyesi ve prosedürüne uygun olarak belirli aralıklarla tekrarlanan bakım çakışmalarının tamamı "Periyodik Bakım" adı altında toplanabilir Bu çalışmalar yağlama, sistem tesisleri ve kontroller, değişmesi gereken ekipmanlar ve temizlik konularını kapsar.
32
4.5.2.1
Yağlama
Makine ömrüne doğrudan etki eden en önemli faktörlerden biri yağlamadır. Yüksek miktarda statik ve dinamik yüklere maruz kalan ana yatak,dişli kutusu,kanat,jeneratör, absorber ve kaplin bağlantılarının uygun yağlayıcılarla , uygun miktarda, uygun periyotlarla yağlanması,hidrolik ünitenin ve dişli kutusunun yağlarının belirli periyotlarla analizlerinin yapılması ve zamanında değiştirilmesi işlemlerini kapsar. Yağlama sorunu nedeniyle sistemde meydana gelebilecek en küçük arızanın giderilme süresi birkaç saat yerine birkaç gün hatta birkaç ay olarak ifade edilebilir. Bu süre zarfındaki üretim kayıplarının yüksek miktarlarda olacağı aşikardır. 4.5.2.2
Sistem Testleri
Hidrolik sistem, pitch bağlantıları, rotor-kanat kontrol mekanizmaları ve elektriksel testleri kapsar. Sistemin kontrolünü sağlayan bu ekipmanlarda yapılacak kontroller •
Bağlantı elemanlarının kontrolü
•
Sıcaklık sensörlerinin kontrolü
•
Isıtıcı-soğutucu kontrolleri
•
Basınç kontrolleri
•
Anemometre-windvane kontroleri
•
Yaklaşım açılan (ofset) kontroleri
•
Kapasitör kontrolleri
•
Hız koruma sistemlerinin kontrolü
• Emergency stop butonlarının kontrolü gibi sağlıklı çalışmayı sağlayacak tüm teçhizatların işlevlerini test etme işlemidir. Periyodik bakımlarda tamamı kontrol ve test edilen bu sistemlerden bazıları olası arıza bakımlarında türbine çıktığı zaman görsel olarak kontrol edilmelidir. 4.5.2.3
Temizlik
Çalışan sistemlerde zamanla toz, yağ birikintilerinin olması normaldir Bu kirliliği mümkün olduğunca azaltacak önlemler alınmalıdır. Türbine çıkıldığı zaman temizliğe azami önem gösterilmelidir. Bu sayede ileride sorun çıkarabilecek durumların tespiti (yağ kaçakları, v.s.) kolaylaşır.
33
4.6 Rüzgar Türbinleri İle İlgili Özel Konular 4.6.1
Kuş ölümleri
Gözlemler, rüzgar türbini çevresinde yaşayan kuşların türbinlere alıştıklarını göstermektedir. Yerli olmayan göçmen kuşlarının da en az 200 m yüksekten uçtukları düşünüldüğünde, rüzgar türbinlerinin kuşlar için çok tehlikeli olmadıktan sonucu doğmaktadır. 4.6.2 Gölge Etkisi Tüm yüksek binalar gibi rüzgar türbinleri de, gölge etkisi göstermektedirler. Rüzgar türbinlerinden 500-1000 metre uzaklıkta, bu etki yok denecek kadar azdır. 4.6.3 Televizyon Yayınları Tüm büyük yapılar gibi rüzgar türbinleri de verici ile alıcı arasında bulunmaları durumunda televizyon yayınlarının izlenmesinde problem yaratmaktadırlar Rüzgar türbinlerinin televizyon yayınlarını etkileme mesafesi; pervane yarıçapı ve televizyon sinyallerinin dalga boyu ile orantılı olarak artmaktadır. Rüzgar türbinleri nedeniyle oluşan televizyon yayınlarını izleyememe problemi; alıcı antenlerindeki düzenlemelerle veya bir yardımcı verici ile çözülebilmektedir. Kablo yayınları ve uydu vericili kanalların yayınları ise, doğal olarak rüzgar türbinlerinden etkilenmemektedir. 4.6.4 İklime Etki Betz'e göre, rüzgar optimum enerji eldesi için, pervane öncesi üç birimlik rüzgar hızı, pervane sonrasında bir birime iner. Bu nedenle, rüzgar türbinlerinin iklime etki yaptığı doğrudur. Fakat bu etki, ihmal edilebilecek düzeydedir. İklim açısından hava hareketlerine ihtiyaç duyulan düşük rüzgar hızlarında türbinleri çalışmazlar. Yüksek rüzgar hızlarında ise, hareketli havanın frenlenmesi istenir. Rüzgar türbinleri de bunu yapmaktadır. Bu nedenlerle, rüzgar türbinlerinin iklime negatif etkide bulunduğu eleştirisine katılmak mümkün değildir.
34
5.TÜRBİNLERİN İNCELENMESİ
Genellikle iki kısımdan oluşur. kule ve türbinin başlığı olan kanatların bulunduğu kısımdır. Kule betonarme bir yapı olarak tasarlanır. Üst kısım 3.3 m çapında silindirik bir mildir. Bu kısmın iç tarafı WK 60 olarak bilinen bir türbin çeşidinin kontrol odası ve elektriksel devre parçalarını içeren kısımdır. WK 60’ ın özel işlem konumuna göre bir jeneratör geniş hız değerleri ile sistem belirlenir. Bu sistem şebeke içinde sabit frekansla (50 Hz ) üretilen akım tarafından rotor kenarında değişik hız miktarlarını alan statik bir frekans dönüştürücü ve senkron jeneratöründen meydana gelen bir sistemdir. Dönüştürücü tarafında indüklenen harmonikleri dengeleyen bir elemanda dahildir. Jeneratörün uyarılması vasıtasıyla rotor hızı ve güç çıkışı tüm aşırı yük çalışmasında kontrol edilir. Kanatların adım aralıkları nominal seviyede çıkış sınırlama ve kontrol için kullanılır. Kanatların harekete geçirilmesi ile rotor hızının durması ve çalışması ayarlanarak tesisin çalışma fonksiyonları daima bir kritik hata halinde çalışma durumunu kontrol edici mekanizmalar yardımı ile yapılır. 5.1. Rüzgar Enerjisi Çevrim Sistemleri Rüzgar türbinleri , rüzgar ile kanatların etkileşimine , yeryüzüne göre rotor ekseninin konumuna ve makinelerin yeni veya alışılmamış tipte olmalarına bağlı olarak sınıflandırılırlar. Rüzgar ile kanatların etkileşimi , sürükleme veya kaldırma cihazları ile olur. 5.1.1. Sürükleme cihazı Bir sürükleme cihazında,rüzgar kanatları iterek rotoru eksen etrafında dönmeye zorlar. Sürükleme cihaz verimleri , kanat hızı hiçbir koşulda rüzgar hızından yüksek olmayacağından sınırlıdır. örnek olarak rüzgarı arkadan alan yelkenli verilebilir En bilinen sürükleme cihazı çiftlik rüzgar değirmenidir. düşük rüzgar hızlarında az miktarda su pompalama amacıyla tasarımlanmıştır. Çiftlik değirmeni , kanat sayısı fazla olduğundan , bir yük altında dönmeye başlar. Büyük bir dönme momentine sahiptir. Öte yandan, kanat sayısının çokluğu nedeni ile malzeme ağırlığı fazladır ve yüksek hızlarında verimsiz çalışırlar. Güç düzeyleri 5m çapındaki rotor için yaklaşık 0.5 civarındadır. Sürükleme cihazına diğer örnekler arasında fincan anemometreler, pervaneler, rotor turunun yarısı boyunca rüzgardan korunan ve rüzgara doğru hareket ederken geri çekilen cihazlar sayılabilir. Savonius rotoru bir sürükleme cihazı değildir.
35
Ama bu cihazların özelliği olan, büyük bir kanat alanına sahiptir. Bu ise rotorun dönmediği zamanlarda bile, yüksek rüzgar hızlarının taşıdığı güç nedeniyle fazla malzeme kullanımı ve ek sorunlara yol açar. Savonius’un bir üstünlüğü ise imalatının kolay olmasıdır. 5.1.2. Kaldırma cihazı Kaldırma cihazlarının pervane veya uçaklarda kullanılanlara benzer kanat yapıları vardır. Kaldırma hareketiyle kanatlar rüzgar hızından daha hızlı dönebilir ve böylece verim yükselir. Çok hızlı dönen bir kanat, yavaş dönen çok kanatlı bir pervane ile aynı düzeyde enerji toplayabilir. Bu malzeme tasarrufuna yol açar. Günümüzde ise çoğu modern makineler iki veya üç kanatlıdır. Almanya’da imal edilmiş tek kanatlı rüzgar türbinleri MBB Monopteros ve Flair tasarımlarıdır. 5.1.2.1. Rotor eksenin konumu Rüzgar türbinleri, rotor ekseninin konumuna göre iki tipe ayrılır . Yatay eksen rüzgar türbini (YERT) Dikey eksen rüzgar türbini (DERT) YERT’ lerin rotorları maksimum enerjiyi tutabilmek için rüzgar akışına dik olarak durmalıdır. YERT’ ler bu konuma, rotor kule üzerinde döndürülerek getirilir. YERT’ ler kule üzerinde yatay eksen yönündeki hareketi motorlar (rüzgar veya elektrik) rüzgara yönelik birimlerde kılavuz bir kuyruk ve rüzgarı arkadan gören birimlerde ise oluşturulan konik açı ile sağlanır . DERT’ lerin rüzgarı her yönden kabul edilme üstünlüğü vardır. Kanatların güç üretebilmeleri için rüzgardan daha hızlı dönmelerini gerektirdiğinden, ilk harekete geçişleri güvenilir değildir. Giromill ise açısı değiştirilebilen kanatlara sahip olduğundan, kendi başına çalışmaya başlayabilir. DERT’ lerin bir diğer üstünlüğü ise makine aksamı, hız yükselticisi ve jeneratörün toprak üzerine konulabilmesidir. (Uyar,T.S (1985),Rüzgar Enerjisi Sistemleri,TÜBİTAK bilimsel ve Endüstriyel Araştırma)
36
5.1.2.2. Sistemin tanımı Sistemin bütününü rüzgar türbini ve yük oluşturur. Tipik bir rüzgar türbini rotor (kanatlar ve göbek), hız yükseltici, çevrim sistemi, kontroller ve kuleden oluşur . Rüzgar türbinin çıktısı olan rotasyonel kinetik enerji; mekanik, elektrik veya ısıl enerjiye çevrilebilir. Çoğunlukla yaygın kullanım olanakları nedeni ile elektrik enerjisi üretimi söz konusudur. Kanatlar; sabit, ayarlanabilir, veya kanat boyunca değişken olabilir. 50 veya 60 Hz’ lik şebekelere bağlanmış birimlerde çeviricili doğru akım veya değişken frekanslı alternatör, senkron ve indiksiyon jeneratörleri kullanılabilir. Bazı doğru akım makineleri ve sürekli mıknatıs alternatörleri hız yükseltici gerektirmez. Çoğu YERT’ ler, güç ve kontrol sinyallerini yer yüzüne indirmek için toplayıcı kontak bileziği kullanırlar. 5.1.2.3. Çalıştırma Aerodinamik: Rüzgar türbin kanatları, rüzgardaki gücün bir kısmını dönme gücüne çevirir. P=TxW Burada T = dönme momenti, W = açısal hızdır. Büyük dönme momenti ile küçük açısal hızın transfer ettiği güç ve küçük dönme momenti ile büyük açısal hızın transfer ettiği güç aynıdır. Rotorun ve yükün dönme momenti-devir/dakika özellikleri uyum sağlamalıdır. Enerji ve momentumun korunumu yasası gereğince rüzgar enerjisinin toplanmasında en yüksek teorik verim %59’dur. Rüzgar türbinleri için en yüksek deneysel verim %45, ortalama yıllık verim ise %20 civarındadır. Güç katsayısı ise güç çıkışı/rüzgardaki güç olarak tanımlanır. Kanadın kord çizgisi ile etkin rüzgar yönü arasındaki açı olan etki açısının fonksiyonu olarak, değişik kanat yapıları için kaldırma ve sürükleme ölçümleri yapılmıştır. Kanatlardaki kaldırma kuvveti, eksen etrafında rotorun dönmesini sağlar ve etki açısına bağımlıdır. Kanadın gördüğü etkin rüzgar iki etkiden oluşur: kanat hareketi ve türbine ulaşmadan önceki rüzgar hareketi . Herhangi bir rüzgar hızı için en yüksek güç çıkışı, rüzgar hızı arttıkça dakikadaki devir sayısı artan rotor veya sabit devir çalışması için doğru etki açısını sağlayan değişken bir kanat ile elde edilebilir. Değişmez açılı kanat ve sabit devir sayılı rotor sadece tek bir rüzgar hızında en yüksek güç katsayısına ulaşır .
37
Maksimum güç katsayısının üzerinde, verimde bir düşüş olsa bile, mevcut güç artış gösterdiğinden, rüzgar türbini çıkış gücü yüksek değerini koruyabilir. Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri ve Düşey Eksenli Rüzgar Türbinleri’nin aerodinamik performansının öngörülmesine yardımcı olan bilgisayar programları mevcuttur. Bu programlara etki açısına göre kanat yapısının kaldırma ve sürükleme özellikleri, yarıçap, kanadı biçimi ve açısı ile kanat alanının taranan alana oranı girdi olarak verilmektedir. Rüzgar hızları veya uç hız oranları da değiştirebilen parametrelerdir. Bir dert için yapılan teorik hesaplama da gösterilmiştir. Eğrideki her nokta bir çalışma konumudur ve tasarım rüzgar hızı 10 m/s dir. Rüzgar türbinleri sabit uç hız /rügar hızı (maksimum Cp) ,sabit devir sayısı (A çizgisi) veya sabit bir dönme momenti (B çizgisi) koşullarında çalıştırılabilir . Uç hız oranı , kanadı uç hızının rüzgar hızına oranıdır. Devir sayısı , maksimum Cp çizgisi boyunca değişkendir. Sabit dönme momenti çalışmasının kısa sürede çok yüksek devir sayılarına ulaştığı bilinmelidir. Sabit dönme momenti olan bir yükü rüzgar türbinine bağlamak ve verim elde etmek çok güçtür.
5.1.2.4. Kontrol Rüzgardaki gücün artışı çok hızlı olduğundan, bütün rüzgar türbinleri yüksek hızlarda güç toplamalarını önleyecek düzenlemeler ile donatılırlar. Yüksek hız koşullarında güç denetimi amacıyla belli başlı üç yöntem kullanılmaktadır. A.) Aerodinamik verimin değiştirilmesi: 1) Kanat açısını değiştirmek veya kanatları döndürmek 2) Sabit devirde çalıştırmak 3) Kaldırma etkilerini azaltıp sürükleme etkilerini çoğaltmak B) Kanatların rüzgar ile etkileşim içinde olduğu alanı küçültmek: 1) Rotoru hakim rüzgar yönünden çevirmek 2) Rotor geometrisini değiştirmek
38
C) Frenleme: 1) Mekanik, hidrolik 2) Hava freni 3) Elektrik (direnç, manyetik) Bu yöntemler tek tek yada yüksek hız kontrolü ve yük denetim kaybı durumlarında kombine olarak bir arada kullanılabilir. 5.2. Rüzgar Durumuna Göre Rüzgar Türbininin Çalışması ve Durdurulması Rüzgar durumuna göre rüzgar türbininin otomatik olarak çalışması ve durması için yazılım kontrol programı ile sağlanan bir sistem bulunur. Eğer rüzgar türbülansı büyük güç çıkışı dalgalanmalarına ve sert yapısal yüklere neden olursa sistemin amacı rüzgar türbinini kapatmak olmalıdır. Yerel topografya farklı rüzgar hızları ve onun yönleri için büyük değerler rüzgar türbülansına neden olur. Bunların toplandığı ve verildiği bir kontrol bilgisayarı vardır. Kontrol bilgisayarı her bir dakikada ortalamaları alır ve eğer rüzgar hızı, verilen basitleştirilmiş açılır, kapanır gözlem aletiyle verilen limitleri sınırları geçtiğinde türbini kapatacaktır. Yazılım kontrol programı, üretim malzemesi, yük idare sistemi, merkezi kontrol sistemi, tesis kontrolleri, pompa depolama evresi iletim ve dağıtım sisteminden oluşmaktadır. Bu sistem içinde hem su hem de rüzgar türbinleri için geçerli olan sistemler vardır. Rüzgar türbini 17 cm çaplı kule, 3 kanatlı 60 KW’ lık nominal hıza sahip bir örnek tiptir. Rüzgar türbini dizel, hidro-su veya herhangi jeneratör veya voltaj regülatörüne bağlı olma ihtiyacı olmaksızın çalışması için senkronize bir jeneratör ile donatılmış bir türbindir. Jeneratör nominal frekanstan yüksek ve boralara göre ayrıca dengesiz yükler için hazırlanmasına ve karşılaşmasından dolayı 97 KVA’ dan değerlendirilir. Dizel jeneratör aksamı ve su türbin jeneratörü rüzgar türbinine benzerlikleriyle farklılıkları da vardır.
39
5.3. İletim Dağıtım Ve Toprağa Bağlama Tüm üretim ve dağıtım 415/240 volttadır. Ayrıca ana iletim 3 faz 3300 V’a göre düzenlenmiştir. 5.3.1. Türbinde kontrol 5.3.1.1. Voltaj kontrolü Sistemin voltajı otomatik voltaj regülatörü ile kontrol edilir ki bu senkronize jeneratörün yerinde deyişle parçasıdır. Otomatik voltaj regülatörü rüzgar türbinine ve hidro senkronize jeneratörüne paralel bağlanır. Dizel jeneratörler ise akım transformatörleri ile bağlanır. 5.3.1.2. Frekans kontrolü Rüzgar türbini şebekedeyken ve ilaveten hidro şebekedeyken valfa sağlanan hidro ile frekans kontrolü yük idare sistemine bağlıdır. 5.3.1.3. Yük kontrolü Yük idare sistemi su ve rüzgar kontrol sisteminin bir parçası ve ayrıca her tüketim tesisinin bir parçası olan bir sistemdir. Genellikle 90 KW ‘dan daha büyük yükleri rüzgar türbini, 25 KW’ a kadar olanları da su türbini sağlar. Yük idare sistemi rüzgar türbinleri ile ve jeneratör ile üretilen maksimum miktardaki enerjiden yararlanmak ve ayrıca kaynağa bağlamadan veya başka bir jeneratör ile çalıştırmaksızın yenilenebilir kaynaklardan kaynağın mümkün olan maksimum saatte sağlanması için tasarlanmıştır. Güç dalgalanması ve frekansın düşmasi olayında yük idare sistemi tüketiciye giden yük ve aşırı yükün bağlantısını otomatik olarak keser. Aynı işlevler frekansın yükselmesi sırasındada yapılır. 5.3.2. Devrenin Emniyeti Sistemin tüm kontrolü baştan tasarlanarak güvenlik içinde yapılır. Buda bütün üç üretim tesisi ve yüksek voltaj şebeke ağındaki yeraltı kabloları kullanılarak şebeke ağındaki kaçakları ve yüklenmeleri bulan bir güvenlik devresine bağlanır.
40
5.3.2.1. Sistem Ve Kısımların Devre Kontrolleri Her jeneratör kendisinin sahip olduğu, işlev gördüğü kısmı yada tüm tesisi kontrol eden bir merkezdir. Bu merkez birbirine bağlı ana birimlerden oluşur. Bu kontrol edici bölge algılayıcı, arızayı ve kaçağı bulan bir güvenlik devresidir.
5.3.2.2. Merkezi Kontrol Jeneratörlerin programlanması bir UMAC 6000 adlı analog aygıt olan merkezi bir bilgisayar sıcak yaz aylarında gün ortasında kuvvetli bir şekilde esiyorsa o yer bir rüzgar santrali için uygun olabilir. Bu türbinlerle, sürekli enerji üretilebilir fakat rüzgar olmadığında dönmezler ve kuvvetli fırtınalarda birbirlerine zarar vermelerini önlemek için kapatılmalıdır. Rüzgar tarlalarının yakınında yaşayan insanlar aşırı gürültüden rahatsız olmaktadır. Büyük miktarlarda alana ihtiyaç vardır. Örneğin bir rüzgar santralının, normal bir doğal gaz santralıyla aynı enerjiyi üretmesi için 85 kat daha fazla alana gereksinim duymaktadır. Ayrıca rüzgar türbinlerinin bakım ve onarımı çok pahalıdır. Rüzgar olmadığı zaman gerekli olacak elektriği sağlamak için pahalı enerji depolama sistemlerine de ihtiyaç vardır. Tüm dünyada sadece 3710 MW ‘lık rüzgar santralı vardır. Rüzgar türbinlerinin getirdiği en büyük sorunlardan birisi de çok sayıda kuşun ölümüne neden olmalarıdır. Özellikle yüksekten uçan, avlanması yasak olan veya nesli tükenmekte olan kuşlar için potansiyel bir tehlikedir. Örneğin A.B.D 'deki dünyanın en geniş rüzgar tarlası(yaklaşık 200 km²) olan Altamont Pass'de, ak tüylü kartalların ölmesi bu kuşları koruma sözleşmesine göre federal bir cinayet sayılmaktadır. Çevre örgütleri bu yüzden Washington eyaletinde planlanmış bulunan rüzgar çiftliğinin yapımını durdurtmuşlardır. (Rüzgar Türbin sistemlerinin kontrolü (1992),E.İ.E.İ.,Rüzgar Enerjisi Elektrik İşleri Etüt İdaresi Yayını,Ankara.)
41
5.4. Türkiye de Yürütülen Çalışma ve Araştırmalar 5.4.1. Resmi kuruluşların çalışmaları 5.4.1.1. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünün bu konudaki çalışmaları şu şekilde sıralanabilir. Türkiye’nin rüzgar enerjisi potansiyelinin tespiti: Rüzgar ile ilgili ölçümlerin yapılması, verilerin toplanması, harita ve diyagramlara geçirilmesi Türkiye rüzgar alanları ve rüzgar kanatlarının tespiti Gelecek 10 yıl içinde bu hedeflere ulaşılabilmesi için 300 adet anemograf temini ve 50 adet rüzgar jeneratörü tesisi düşünülmektedir. Ilk kurulacak rüzgar jeneratörü için belirtilmiş olan üç alan ile beraber beş bölge ile tespit edilmiştir. Bunlar Antakya, Sinop Çanakkale, Karapınar ve Bodrum’ dur. Diğer 45 jeneratörün tesisi ise gelecek dokuz yılda tamamlanacaktır. Ayrıca anemograflar ile yapılan ölçmelerin bir bilgi bankasından değerlendirilmesinde plan içinde yer almaktadır. D.M.İ Genel Müdürlüğünce halen 152 istasyonda rüzgar ölçümleri yapılmaktadır. 5.5.Teknik Fizibilite ve Mühendislik Tasarımları Yapılması gereken teknik ve mühendislik işlemleri şöyle sıralanabilir; 1 ) Rüzgar türbinlerinin satın alma koşullarının ve mevcut türbinlerin teknik karakteristik ve fiyat analizlerinin hazırlanması. 2 ) Rüzgar çiftliği bölgesinin incelenmesi; yerin jeolojik yapı analizi ve yol gereksiniminin belirlenmesi. 3 ) Rüzgar türbini temel inşaatının tasarlanması. 4 ) Bölgenin elektrik şebekesinin incelenmesi. 5 ) Ana şebeke bağlantılarının tasarlanması. 6 ) Teknik veri ve türbin karakteristiklerinin gerçekleşme durumlarını belirlemek için rüzgar türbini performans testi ölçümlerinin yapılması.
42
5.6. Standartlar ve Belgeleme 5.6.1. Rüzgâr Türbini Belgelemesi Rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi sektör için sadece Avrupa’da değil, önceleri ABD’nin düzensiz piyasasında, Güney Amerika, Asya ve Avustralya’da yükselen pazarlarda artan önemde bir gerek haline gelmiştir. Yasal gerek haline gelmiştir. Yasal gerek olmayan pazarlarda bile belgeleme bir rüzgâr projesinin yatırım ve sigorta temini için ticari gerekliliktir. Kuzey Avrupa’da, özellikle Danimarka, Almanya ve Hollanda’da rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi rüzgâr projelerinin inşaat izni ve/veya sübvansiyon alabilmesi için uzun süreden bu yana gereklidir. Bu üç ülkede kurallar ve standartlar belgeleme esası olarak geliştirilmiş olup, bunlar imalâtçıların benimsediği tasarım usûllerini doğrudan etkilemektedir. İlgili ulusal standartlar ve belgeleme kuralları: (Danimarka’da) Danimarka DS 472 standardı ve onay ve belgeleme Teknik esası , Almanya’da Alman Yapı tekniği Enstitüsü (DIBt) Rüzgar Türbinleri Mevzuatı”, Alman Lloydu (GL) “Rüzgar Enerjisi Dönüştürme Sistemleri Belgeleme Mevzuatı” , Hollanda’da “Rüzgâr Türbinleri Tip Belgeleme Teknik Kriterleri, NEN 6069/2,. Bu çeşitli ulusal standartlar ve belgeleme kuralları arasında emniyet faktörleri ve tasarım yük durumlarından rüzgâr türbini emniyet sisteminin farklı gereklerine kadar önemli farklılıklar vardır. Standartlar ve belgeleme kurallarının uyumlulaştırılması aşağıda açıklanan uluslararası girişimlerin arasındaki başlıca itici güç olmuştur. Yukarıda sayılan standartlar ve belgeleme kurallarına ek olarak özellikle deniz rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi için Alman Lloydu’nun yayınladığı bir dizi kural mevcuttur. Bu kurallar halen deniz rüzgâr tesisleri için mevcut tek tasarım ilkeleridir.
43
5.6.2. Uluslararası Standartlar 1987 yılında Uluslararası Elektroteknik Komitesine (IEC) bağlı “Eylem Komitesi” rüzgâr enerjisi alanında uluslararası standartlar geliştirilmesini başlatılması gereğine karar verdi. Bir teknik komite, IEC/TC88 ve teknik alanlarda odaklanacak Çalışma Grupları kuruldu. 1987 yılından bu yana aşağıdaki uluslararası standartlar geliştirilmiş ve onaylanmıştır: IEC 1400-1: Rüzgâr Türbin Jeneratör Sistemleri Emniyeti IEC 1400-1: Küçük Rüzgar Türbinlerinin Emniyeti Bu iki standart dünya çapında rüzgâr endüstrisinde büyük önem görmektedir. Diğer iki IEC standardı halen son onay aşamalarındadır. Bu standartlar rüzgâr türbinlerinin akustik ölçüm teknikleri ve güç performansı ölçüm teknikleri alanlarını kapsamaktadır. Ayrıca aşağıdaki alanlarda standartlar ve ilkeler hazırlamak üzere IEC/TC88 Çalışma grupları kuruldu: IEC 1400-1 değişikliği Kanat test yöntemleri Belgeleme yöntemleri standardizasyonu Güç kalitesi Mekanik yük ölçümleri Tüm Avrupa iç pazarında uyumluluğun artırılması amaçlı ayrı bir girişim olarak Avrupa Komisyonu elektrik işlerinden sorumlu Avrupa standartları kurumuna (CENELEC) yetki vermiştir. Bu yetki CENELEC’in Avrupa pazarında rüzgâr türbinleri için standartlar geliştirmesini öngörmektedir. CENELEC’in faaliyetleri oldukça ilerlemiştir ve her ne zaman mümkün olursa çıkacak standartların eşdeğer IEC belgelerini esas alacağı açıktır.
44
6.RÜZGAR TÜRBİNİNİN PROJELENDİRİLMESİ 6.1. Yöre İncelemesi Bir yer hakkında bilgi edinmek için pek çok donanım kullanılır.Şerit metreler, fotoğraf makineleri, ile çeşitli anemometrelerle veriler toplanır. Bir yerin tetkikinden sağlanan veriler bir plan doğrultusuna sistematize edilmelidir. Rayleight dağıtımı ve ani hamle rüzgar tablosu basit bir tetkik yapılmasına izin verir. Basit istatistiki veriler ile yapılan testler mümkün olabilecek hatanın %10 veya daha az olacağını gösterir.Fakat bu veriler o yerdeki gerçek rüzgar karekteristikleini tanımlamaz. Rayleight dağılımı ortalama rüzgar hızı 5 m/s ve daha az olan bölgelerde sağlıklı sonuç vermez.Buna rağmen havanın iyi olduğu zamanlarda rüzgar davranışını kestirmenizi sağlar. Bir mevkiinin tetkikinde rüzgar kaynağı ve rüzgar türbini ilk olarak ele alınması gereken değişkenlerdir.Geri kalan değişkenler ise sırasıyla ; a) Yıllık Ortalama Rüzgar Hızı b) Rüzgar Hız Dağılımı c) Rüzgar Yönü d) Rüzgarın Kesilmesi e) Yüzey Yapısı f) Bölgenin Denize Yüksekliği Rüzgar kaynağı ile ilgili olan karakteristikler ise şunlardır : -Çok kuvvetli rüzgar (fırtına, kasırga v.s.) ihtimali -Buz, sulu sepken, yağmur, dolu, kar ve don gibi hava olayları. -Kum fırtınası -Ağır nesneleri beraberinde taşıması. Rüzgar türbini tasarımını etkileyen fakat rüzgara ait olmayan diğer faktörler ise şunlardır. -Göçebe kuşlar -Televizyon sinyal parazitleri -Toprak şartları -Sismik (Depremsel) dayanıklılık -Bölgesel, sosyal, kanuni ve çevresel kısıtlamalardır.
45
6.2. Projelendirilecek Bölge Bilgileri 6.2.1 Bölge Bilgileri Tespiti Konum : Çanakkale – Ezine İlçesi , Geyikli Köyü Oduniskelesi Mevkii İşyeri : Adonis Pansiyon Yıllık Ortalama Rüzgar Hızı : 7 m/s ( ARES –Advanced Renevable Energy Systemsşirketinden alınan bölgesel veri) Hakim Rüzgar : Sıcak mevsimlerde poyraz , kışın lodos. Engeller : Bölge çevresinde rüzgarı kesecek yüksek bir yapı, tepe v.s. bulunmamaktadır. Ani Çok Şiddetli Rüzgar İhtimali : Var Rakım : 0 Dolu, Sulu Sepken, Kar, Don gibi Hava Olayları : Var Tuzlu Su v.b. Korozif Maddelerden Kaynaklı Riskler : Az Kum Fırtınası İhtimali : Az Şebeke Elektriği Bağlantısı : Var
Şekil 6.1 Çanakkale ili , Ezine ilçesi , Geyikli köyüne ait harita
Not: Bölgede nesli tükenme riski olan kuş türü kayıtlı değildir.
46
6.3 Hesaplamalar 6.3.1 Projelendirilen mekanın enerji ihtiyacının tespiti Mekan : Adonis Pansiyon Çalışma Zamanı : Yaz Sezonu Oda Sayısı : 14 (Şekil 6.1) Oda İçerisindeki Elektrikli Aletler ve Güçleri : Buzdolabı
: 100W 24h
Aydınlatma (Florasan)
: 100W 5 h
T.V. ,Radyo v.b.
: 100W 4h
Ütü , Saç Kurutma Mak. V.b.
: 20 W 0,5h
Odanın Güç İhtiyacı
:320 W
Odanın Ortalama Günlük Elektrik Enerjisi İhtiyacı Ortak Kullanım Alanları Güç İhtiyaçları
:3,31 kWh
: 100 W 12h
Toplam Güç İhtiyacı : (Oda Sayısı) x (Bir Odanın Güç İhtiyacı) + Ortak Kullanım Alanları Güç İhtiyaçları Toplam Güç İhtiyacı : (320 x 14) + 100 = 4580 W Günlük Ortalama Elektrik Enerjisi İhtiyacı :47,54 kWh 6.3.2 Türbin Teknik Hesapları 6.3.2.1 Kanatlara Gelen Rüzgar Gücü (Pr) Pr = Rüzgar Gücü (Watt)
Ar= ( x Dk ² )/4
= Havanın Yoğunluğu (kg/m³)
Ar= ( x 7 ² ) / 4
Ar = Rotor Alanı (m²)
Ar=38,5 m²
Vr =Rüzgar Hızı (m/sn) Dr =Rotor Çapı (m) Dr=7 m
Pr = 0,5 x x 38,5 x (7³)
Vr = 7 m
Pr = 7925
47
6.3.2.2 Kanatlara Gelen Rüzgar Kuvveti (Fr) Fr = Rüzgar Kuvveti
Fr = Pr / Vr
Pr = Rüzgar Gücü (Watt)
Fr = 7925 / 7
Vr = Rüzgar Hızı (m/sn)
Fr = 1132 N
Pr = 7925 Watt Vr = 7 m/sn
6.3.2.3 Kanatlara Gelen Rüzgar Basıncı (pr) pr = Rüzgar Basıncı (Pa)
pr = Fr / Ar
Fr = Rüzgar Kuvveti (N)
pr = 1132 / 38,5
Ar = Kanat Alanı (m2)
pr = 29,4 m2
Fr = 1132 N Ar = 38,5 m2 6.3.2.4 Türbin Pervanesinin Kanat Alanı (Apk) Apkt = Toplam kanat alanı ( m² )
Apkt = ( 7² x ) – (0,5² x ) / 4
Apk = Pervane kanat alanı ( m² )
Apkt = 38,5 m²
Apk = ( B.daire alanı – K.daire alanı ) / 8
Apk = Apkt / 8
Apkt = B.daire alanı – K.daire alanı
Apk = 4,8 m
48
6.3.2.5 Türbin Pervanesinin döndürme kuvveti ( f döndüren ) pr = Rüzgar basıncı ( Pa )
pdik =pr x Cos 30
pdik = Kanatlara dik gelen rüzgar basıncı ( Pa )
pdik = 29,4 x Cos 30
Fdik= Kanatların dik yönünde oluşan kuvvet (N)
pdik= 25,4 Pa
Fdöndüren = Kanatları döndürmeye çalışan kuvvet (N) Apkt :Toplam kanat alanı (m²) F dik= p dik x Apkt Fdik=25,4 x 38,2 Pr= 29,4 Pa
Fdik =970,3N
Apkt = 38,2 m² Fdöndüren= Fdik x Cos60 Fdöndüren=970,3 x Cos60 Fdöndüren = 485,1 N
Şekil 6.2. Pervaneye Etkiyen Kuvvetler
49
6.3.2.6 Türbin Pervanesinin Gücü (Pp) Pp = Pervanede oluşan güç ( Watt )
wp = x np / 30
Fdöndüren = Kanatları döndüren kuvvet (N )
wp = x 40/ 30
Np=Pervanenin devir sayısı (dev/dak)
wp = 4,2 sn 1
Wp=Pervanenin açısal hızı (sn )
Vp = wp x rp
Vp=Pervanenin hızı (m/sn)
Vp=4,2 x 7
rp=Pervane yarı çapı (m)
Vp=29,4 m/sn
np=40dev/dak
Pp=Fdöndüren x Vp
Fdöndüren=485,1 N Rp= 7 m
Pp=485,1 x 29,4 Pp=14262Watt
6.3.2.7 Altarnatör Çıkışında Elde Edilen Güç (Pçıkış ) Pçıkış=Altarnatör çıkışındaki güç (Watt) Pp=Pervanede oluşan güç (Watt)
rulman =Rulmanların verimi
toplam = rulman 4 x kk² altarnatör
kk =Kayış kasnak mekanizması verimi
toplam=0,98 x 0,93² x 0,70
alternatör=alternatör verimi toplam=0,54 Pp=14262 Watt rulman=0,98 kk=0,93 (V kayışlı 0,92…0,94) alternatör=0,70
Pçıkış=toplam x Pp Pçıkış=0,54 x 14262 Pçıkış= 7701 Watt
50
6.4. Türbin Seçimi ve Projelendirmesi Yapılan hesaplamalarda, türbinin 7m/s Rüzgar Hızı ve 7m Rotor Çapında üretebileceği maksimum güç olarak 7701 Watt bulundu. Fakat gerçekte verim oranı daha düşük olup, türbülans, malzeme, hava homojenliğinin bozulması(yağmur,kar,dolu) v.b. gibi sayısız faktörde RT üzerinde verim düşürücü etkiler yapabilir.
Tablo 6.1 (10 kW’lık Türbin için Rüzgar Hızlarına Göre Güç Değişimi Tablosu)
Tablo 6.2 (10 kW lık 7 m/s ‘da çalışan bir Türbin için detaylı Enerji ve Güç Değişimi
51
Tablo 6.1 ve 6.2 de görülen sonuçlar doğrultusunda ; Seçilen Türbin : Berkey BWC EXCEL Wind Turbine
Türbin Özellikleri
:
Tip :3 Kanatlı
Maksimum Güç : 10 kW (A.C.)
Rotor Çapı :7m
Şebeke Elektriği Bağlantısı :Var
Yüksek-hız Koruması:Autofurl
Başlangıç Rüzgar Hızı :3,4 m/s
Vites Kutusu :Yok
Devre Dışı Rüzgar Hızı : 3,1 m/s
Sıc. Aralığı: -40~ +60
İdeal Rüzgar Hızı
Jeneratör:Sürekli Mıknatıs Alternörü
:13,8 m/s
Maksimum Çalışma Hızı:54 m/s
Çıkış Şekli:3 fazlı, Çeşitli frekanslarda
Şemsiyeleme(Frenleme) Hızı : 15,5 m/s Regule Edilmiş 240 V-AC Elektrik şebekesi inventeri ile birlikte. Türbin 7 m/s ortalama rüzgar hızı ile çalıştığı zaman ; Türbin Gücü :
2,3 kW
Toplam Güç İhtiyacı: 4,58 kW Olduğuna göre 2 adet Berkey BWC EXCEL rüzgar türbini sipariş edildiği taktirde sistemin kararlı biçimde elektrik enerjisi üretmesi sağlanır.Şebeke bağlantısı sayesinde rüzgar olmadığı zamanlarda elektrik şebekeden çekilebilir ayrıca gereğinden fazla enerji üretildiği zaman ise fazla enerji şebekeye aktarılarak hem ülke elektrik üretimine katkı sağlanmış olur, hem de çekilen enerji faturaya yansıyacak olan miktarın sıfırlanması yani kesintisiz ve ücretsiz enerji elde etmek anlamlarına gelmektedir. Şekil 6.3. Hollanda’da bulunan 2 MW kapasiteli dev rüzgar türbini
7. SONUÇ
52
7.SONUÇ Başta Almanya olmak üzere Danimarka,Hollanda,İspanya gibi belli başlı Avrupa Birliği’ne üye ülkelerin temiz enerji kaynağı olan rüzgar enerjisinden daha fazla faydalanılması
maksadıyla
yatırımlarını
ve
araştırma
geliştirme
faaliyetlerini
desteklemeleri ve rüzgar enerji santralarının da en çok bu ülkelerde tesis edildiği görülmektedir.Rüzgar
enerjisinin
İngiltere,İrlanda
ve
Fransa
gibi
ülkelerde
desteklenmediği ve dolayısıyla da kurulu kapasitelerin diğer ülkelere göre daha düşük olduğu gözlenmektedir.Ancak bütün ülkelerdeki uygulamalarda belirli bir enerji politikasının varlığı dikkat çekmektedir.Benzer bir politikanın ülkemizde de belirlenmesi ve devletin bütün kurumlarınca
misyon olarak kabul edilerek
duyurulması,hem ekonomik faaliyetlerin daha sağlıklı yürümesi ve hem de gereksiz zaman ve para kaybının önlenmesi bakımından hayati önem arz etmektedir. Rüzgar enerji santralleri için ülkemizde acilen yapılması gerekenler şu şekilde sıralanabilir; Türkiye’nin gerçekçi ve güvenilir rüzgar atlası hazırlanmalıdır. Rüzgar enerjisi çevre sistemlerin ithalatı azalacağı gibi yeni iş imkanları da doğacaktır. Fizibilite çalışmaları sonucunda belirlenecek uygun yerlere rüzgar çiftlikleri kurulmalıdır. Tarıma dayalı bölgelerde rüzgar enerjisinin elektrik üretmek dışında kalan uygulamalarından (su pompalama v.b. ) yararlanma yoluna gidilmelidir. Rüzgar enerjisi konusunda çalışmak ve bu sistemleri kullanmak isteyen kurum ve kuruluşlar özendirilmeli ve teşvik edilmelidir. Rüzgar enerjisi ülkemiz için önemli bir yenilenebilir enerji kaynağı olarak değerlendirilmeyi beklemektedir.Bu konuda boşa geçirilen zaman,ülkemizin dışa bağımlı enerji politikasını destekleyecektir.
53
KAYNAKLAR
Rüzgar Enerjisi Sempozyumu, 5-7 Nisan,İzmir, Bildiriler Kitabı
Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu,12-13 Ekim ,2001,Kayseri
Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu,18-20 Ocak ,2001,İzmir
EİE Rüzgar Elektrik Dönüşüm Sistemleri, Ankara – 2000
Focus Dergisi 1998 (Sayı 6 )
‘Türkiye Enerji Sektöründe Karar Verme ve Rüzgar Enerjisinin Entegrasyonu’, Dr T.S. Uyar, 1999
Rüzgar Türbin sistemlerinin kontrolü (1992),E.İ.E.İ.,Rüzgar Enerjisi Elektrik İşleri Etüt İdaresi Yayını,Ankara.
Rüzgar Enerjisi Sistemleri,TÜBİTAK bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Uyar,T.S (1985),
www.bergey.com
www.windpower.org
www.wec.ankara.edu.tr
http://www.mmo.org.tr/izmir/bulten/2001_04/p11.htm
http://www.a305teyim.com