Günümüzün en önemli ihtiyaçları hiç şüphesiz enerji. Covid pandemisi ve Rusya – Ukrayna savaşlarından sonra görüldüki ülkeler enerji güvenliği alanında kendilerini sağlama almak zorundalar. Tabi enerji alanında da dikkat edilmesi gereken temiz enerji kaynaklarından bu ihtiyaçların sağlanması. Bu kapsamda rüzgar türbini teknolojisi temiz enerji kaynağı olarak ülkelerin ve yatırımcıların ilgisini çekmekte. Bu yazımızda rüzgar türbini nedir, çeşitleri nelerdir, verimlilik oranları ve dünyada kimler rüzgar türbini üretiyor bu konulara değineceğiz…
Rüzgar Türbini Nedir
Rüzgar türbinleri, rüzgar enerjisini elektrik enerjisine çevirmek için kullanılan cihazlardır. Rüzgar enerjisi, dünyanın yüzeyindeki eşitsiz ısınmadan kaynaklanır ve bu nedenle sürekli olarak yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Rüzgar türbinleri, bu enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürmek amacıyla kullanılır.
Rüzgar türbinlerinin temel bileşenleri, büyük, aerodinamik kanatçıklar olan rotorlar ve kinetik enerjinin mekanik enerjiye dönüştürülmesi için bir jeneratördür. Rotorlar, rüzgar enerjisini yakalamak ve hareket ettirmek için tasarlanmıştır. Rüzgar türbinlerinde kullanılan rotorların sayısı değişebilir, ancak genellikle üç veya beş kanatlıdır.
Rüzgar türbinleri, farklı boyutlarda üretilebilirler. Küçük ölçekli rüzgar türbinleri, bireysel evlerde veya küçük çiftliklerde kullanılabilirken, büyük ölçekli rüzgar türbinleri, binlerce hanenin elektrik ihtiyacını karşılamak için kullanılabilecek kadar güçlü olabilir.
Rüzgar türbinleri, temiz, yeşil ve güvenilir bir enerji kaynağı olarak kabul edilir. Rüzgar enerjisi, fosil yakıtlardan farklı olarak çevresel kirliliğe neden olmaz ve sınırsız bir kaynak olduğu için gelecek nesiller için sürdürülebilir bir enerji kaynağıdır.
Ancak, rüzgar türbinlerinin dezavantajları da vardır. Rüzgar türbinleri, bazı insanlar ve hayvanlar için estetik açıdan hoş olmayan görüntüler oluşturabilir. Ayrıca, rüzgar türbinleri genellikle rüzgarın bol olduğu açık alanlara yerleştirilir ve bu alanlar, faaliyet gösteren kuşların yolu üzerinde olabilir. Bu nedenle, rüzgar türbinleri bazen kuş ölümlerine neden olabilir.
Rüzgar türbinleri, temiz, yeşil ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı olarak kabul edilir. Bununla birlikte, dezavantajları da vardır ve bu nedenle, rüzgar türbinlerinin kurulumu ve kullanımı, dikkatli bir şekilde planlanmalı ve yönetilmelidir.
Rüzgar Türbini Parçaları
Rüzgar türbinleri, rüzgar enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek için tasarlanmış birçok bileşenden oluşur. Bazı temel parçalar şunlardır:
- Rotor: Rüzgar türbinlerinin en önemli parçasıdır. Rotor, büyük, aerodinamik kanatçıklardan oluşur ve rüzgarın kinetik enerjisini yakalamak için tasarlanmıştır. Kanatların sayısı genellikle üç veya beştir, ancak bazı türbinlerde iki ya da altı kanatlı rotorlar da kullanılabilir.
- Göbek: Göbek, rotoru türbin kulesine bağlayan parçadır. Göbek, türbinin dönmesine izin vermek için yeterince güçlü olmalıdır ve ayrıca türbinin yönlendirilmesini de sağlar.
- Jeneratör: Rüzgar türbinlerinin elektrik enerjisi üretmek için kullanılan diğer önemli bileşeni jeneratördür. Jeneratör, rotor tarafından üretilen mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.
- Kule: Rüzgar türbinlerinin rotorunu yüksekte tutmak için kullanılan yapıdır. Kuleler, farklı malzemelerden yapılabilirler, ancak çoğu kez çelik veya betondan yapılırlar. Kulelerin uzunluğu da farklı olabilir ve daha yüksek kuleler, daha geniş bir alana daha fazla rüzgar enerjisi toplayabilir.
- Yönlendirme sistemi: Rüzgar türbinlerinin rüzgar yönünü takip etmelerini sağlayan sistemdir. Yönlendirme sistemi, genellikle türbin göbeğinde bulunur ve rüzgarın yönüne göre rotorun dönmesini yönlendirir.
- Fren sistemi: Rüzgar türbinleri, güçlü rüzgarlarda aşırı hızlanmayı önlemek için fren sistemine sahiptir. Frenler, rotorun dönüşünü azaltır veya durdurur ve böylece türbinin zarar görmesini önler.
- Ayaklar: Rüzgar türbinleri, çoğunlukla üç stabil ayak üzerine kurulur. Ayaklar, türbinin yere sağlam bir şekilde yerleştirilmesine yardımcı olur ve türbinin dengeli kalmasını sağlar.
Bunlar, rüzgar türbinlerinin temel parçalarıdır, ancak bazı türbinlerde başka bileşenler de kullanılabilir, örneğin; şaft, dişli kutusu, hidrolik sistemler vb.
Rüzgar Türbini Verimlilik Oranları
Rüzgar türbinlerinin enerji üretim verim oranı, birçok faktöre bağlıdır ve farklı türbinler arasında değişebilir. Enerji üretim verim oranı, rüzgarın hızına, rotorun çapına, rotor yüksekliğine, kanat sayısına ve aerodinamik tasarıma göre değişir.
Dünya standartlarına bakacak olursak, rüzgar türbinleri genellikle %30 ila %40 arasında bir enerji dönüştürme verimliliğine sahiptir. Ancak, verimlilik oranı, türbinin bulunduğu bölgenin rüzgar koşullarına ve türbinin teknik özelliklerine bağlı olarak daha yüksek veya daha düşük olabilir.
Örneğin, yüksek rüzgar hızlarına sahip bölgelerde kurulan rüzgar türbinleri, diğer bölgelere göre daha yüksek bir enerji dönüştürme verimliliğine sahip olabilirler. Ayrıca, daha büyük rotor çapına sahip türbinler, daha fazla enerji toplar ve daha yüksek bir verimlilik oranına sahip olabilirler.
Bununla birlikte, rüzgar türbinlerinin enerji dönüştürme verimliliği, türbinin ömrü boyunca değişkenlik gösterebilir. Rüzgar türbinleri, zamanla aşınır ve verimlilikleri düşebilir. Bu nedenle, rüzgar türbinlerinin bakımı ve onarımı önemlidir ve düzenli olarak yapılmalıdır.
Rüzgar Türbini Çeşitleri
Rüzgar türbinleri, genellikle rotora, kanatlara ve jeneratöre bağlı olarak farklı tasarımlara sahip olabilir. Bazı temel rüzgar türbini tipleri şunlardır:
- Yatay eksenli rüzgar türbinleri: Bu tür türbinlerde rotor, yatay eksende döner. Kanatlar, rotorun ucundan göbeğe doğru eğilir. Yatay eksenli rüzgar türbinleri, en yaygın kullanılan türbin türüdür.
- Dikey eksenli rüzgar türbinleri: Bu tür türbinlerde rotor, dikey eksende döner. Kanatlar, rotorun etrafında düz bir şekilde yer alır. Dikey eksenli rüzgar türbinleri, daha az yaygın olarak kullanılır ve genellikle küçük ölçekli uygulamalarda tercih edilir.
- Savonius rüzgar türbinleri: Bu tür türbinler, dikey eksende dönen iki yarım silindirden oluşur. Rüzgar, kanatların üstünden ve altından geçer ve rotoru hareket ettirir. Savonius türbinleri, düşük rüzgar hızları için uygun olabilir ancak enerji üretim verimliliği diğer türbinlerden daha düşüktür.
- Darrieus rüzgar türbinleri: Bu tür türbinler, dikey eksende dönen bir veya daha fazla kanattan oluşur. Kanatlar genellikle aerodinamik yarım elips şeklindedir. Darrieus türbinleri, yüksek rüzgar hızlarına dayanıklıdır ve düşük gürültü seviyeleri nedeniyle şehirlerde kullanım için uygun olabilir.
- Halka kanatlı rüzgar türbinleri: Bu tür türbinler, dairesel bir rotor üzerine monte edilmiş bir dizi küçük kanattan oluşur. Halka kanatlı rüzgar türbinleri, düşük rüzgar hızları için tasarlanmıştır ve yerden daha yüksek bir konumda kurulabilirler.
Bu, sadece bazı temel rüzgar türbini tipleridir ve farklı firmalar ve üreticiler de kendi tasarımlarını yapabilirler.
Rüzgar Türbini Jeneratör (Genaratör) Çeşitleri
Rüzgar türbinlerinin jeneratör kısmında kullanılan rotor tipleri, farklı üreticiler tarafından tasarlanmış ve kullanılmaktadır. Bazı temel jeneratör rotor tipleri şunlardır:
- Sabit manyetli rotorlar: Bu tür rotorlarda, manyetik alan, rotorun dış yüzeyindeki mıknatıslar tarafından oluşturulur. Sabit manyetli rotorlar, daha yüksek verimlilik oranlarına sahip olabilen daha az hareketli parça içeren bir tasarıma sahiptir.
- Dolanıklı rotorlar: Bu tür rotorlar, manyetik alanı, rotorun etrafına sarılı olan bobinler yardımıyla oluşturur. Dolanıklı rotorlar, sabit manyetli rotorlara göre daha ucuzdur ancak daha az verimlidirler.
- Asenkron rotorlar: Bu tür rotorlar, rotorun şebekeden farklı bir frekansta çalışmasını sağlayan bir dış çerçeve bobini kullanır. Asenkron rotorlar, dolanıklı rotorlardan daha yüksek bir verimlilik oranına sahip olabilirler.
- Çift beslemeli rotorlar: Bu tür rotorlar, asenkron rotorlarla benzer çalışma prensibine sahiptir ancak iki ayrı devre ile çalışır. Çift beslemeli rotorlar, yüksek güçlü rüzgar türbinleri için idealdir.
Bu, sadece bazı temel jeneratör rotor tipleri olup, farklı üreticiler tarafından kullanılan ve tasarlanan daha fazla rotor tipi bulunmaktadır.
Rüzgar Türbini Kanat Tasarımları
Rüzgar türbinlerinin kanat tasarımları, birçok farklı faktöre bağlı olarak değişebilir ve farklı üreticilerin kullandığı tasarımlar da farklılık gösterebilir. Kanatların tasarımı, aerodinamik özelliklere, malzeme seçimine, boyutlara ve üretim maliyetlerine bağlıdır.
Bazı temel rüzgar türbini kanat tasarımları şunlardır:
- Basit çift yönlü kanatlar: Bu tür kanatlar, simetrik bir şekle sahip olup, her iki yön için de aynı performansı gösterirler. Basit çift yönlü kanatlar, düşük hızlarda etkilidir ancak yüksek hızlarda daha az verimli olabilirler.
- Darrieus kanatları: Darrieus kanatları, dikey eksende dönen rüzgar türbinleri için kullanılır. Aerodinamik yarım elips şeklinde olan kanatlar, yüksek hızlarda bile verimli çalışabilirler.
- Savonius kanatları: Savonius kanatları, darrieus kanatları gibi dikey eksende dönen türbinler için uygundur. İki yarım silindirden oluşan savonius kanatları, düşük hızlarda etkilidir ancak yüksek hızlarda daha az verimli olabilirler.
- Gözyaşı kanatları: Gözyaşı kanatları, simetrik bir kanat profiline sahip olsa da, açısı değişen kesitlerden oluşur. Bu tasarım, geniş bir hız aralığında verimli çalışabilir.
- Çift kavisli kanatlar: Bu tür kanatlar, iki farklı kavisli yüzeye sahiptir ve yüksek hızlarda daha verimli çalışabilirler.
En iyi kanat tasarımı, rüzgarın hızına, kanat boyutuna, rotorun boyutuna ve türbinin uygulama alanına bağlı olarak değişebilir. Yüksek hızlı rüzgar koşulları için, gözyaşı veya çift kavisli kanatlar tercih edilebilirken, düşük hızlı rüzgar koşulları için basit çift yönlü kanatlar veya savonius kanatlar kullanılabilir.
Dünyada Rüzgar Türbini Üreten Ülkeler ve Şirketler
Çin:
- Goldwind
- Envision Energy
- MingYang Smart Energy
- Sinovel Wind Group
ABD:
Almanya:
İspanya:
Hindistan:
Danimarka:
Brezilya:
Fransa:
İtalya:
Kanada: