Rüzgâr türbini

Rüzgâr türbini, rüzgârdaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren sistemdir.[1]

Denizüstü rüzgâr tarlası, (Kuzey Denizi, Belçika)

Bir rüzgâr türbini genel olarak kule, kanatlar, rotor, dişli kutusu, generatör (alternatör), elektrik-elektronik elemanlardan oluşur. Rüzgârın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Rotor milinin devir hareketi hızlandırılarak gövdedeki generatöre aktarılır. Generatörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya doğrudan alıcılara ulaştırılır.[2]

Rüzgâr türbinlerinin nasıl çalıştığını anlamak için iki önemli aerodinamik kuvvet iyi bilinmelidir. Bunlar sürükleme ve kaldırma kuvvetleridir.

Sürükleme kuvveti, cisim üzerinde akış yönünde meydana gelen bir kuvvettir. Örneğin düz bir plaka üzerinde meydana gelebilecek maksimum sürükleme kuvveti hava akışının cisim üzerine 90^o dik geldiği durumda iken; minimum sürükleme kuvveti ise hava akışı cismin yüzeyine paralel iken meydana gelir.

Kaldırma kuvveti ise, akış yönüne dik olarak meydana gelen bir kuvvettir. Uçakların yerden havalanmasına da bu kuvvet sebep olduğu için kaldırma kuvveti olarak adlandırılmıştır.

Sürükleme kuvvetine en iyi örnek olarak paraşüt verilebilir. Bu kuvvet sayesinde paraşütün hızı kesilmektedir. Sürükleme kuvvetinin etkilerini minimuma indirebilmek için yapılmış özel cisimlere akış hatlı (streamlined) cisimler denir. Bu cisimlere örnek olarak elips, balıklar, zeplin verilebilir.

Düz bir plaka üzerine etkiyen kaldırma kuvveti, hava akışı plaka yüzeyine 0^o açı ile geldiğinde görülür. Havanın akış yönüne göre meydana gelen küçük açılarda akış şiddetinin artmasıyla düşük basınçlı bölgeler meydana gelir. Bu bölgelere akış altı da denir. Dolayısıyla, hava akış hızı ile basınç arasında bir ilişki meydana gelmiş olur. Yani hava akışı hızlandıkça basınç düşer, hava akışı yavaşladıkça basınç artar. Bu olaya Bernoulli etkisi denir. Kaldırma kuvveti de cismin üzerinde emme veya çekme meydana getirir.

Sınıflandırma

Kullanımdaki rüzgâr türbinleri boyut ve tip olarak çok çeşitlilik gösterse de genelde dönme eksenine göre sınıflandırılır. Rüzgâr türbinleri dönme eksenine göre "Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri" (YERT) ve "Dikey Eksenli Rüzgâr Türbinleri” (DERT) olmak üzere iki sınıfa ayrılır. ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı, (Kısaca NREL) Rüzgar türbinlerinin 100 kW güce eşit veya daha küçük güçte olanlarını Küçük rüzgar türbini olarak sınıflandırır.[3]

Yatay eksenli rüzgâr türbinleri (YERT)

YERT-Modern rüzgâr türbini

Yerden 60m yukarıda 12 tonluk dişli kutusu ve disk fren takımının yerine montajı

Enercon E-101'in yeniden güç verme süreci sırasında rotor kanat montajı, (Hesse, Almanya)

Rüzgâr tarlası, (Teksas), (2004)

Bu tip türbinlerde dönme ekseni rüzgâr yönüne paraleldir. Kanatları ise rüzgâr yönüyle dik açı yaparlar. Ticari türbinler genellikle yatay eksenlidir. Rotor, rüzgârı en iyi alacak şekilde, döner bir tabla üzerine yerleştirilmiştir.

Yatay eksenli türbinlerin çoğu, rüzgârı önden alacak şekilde tasarlanır. Rüzgârı arkadan alan türbinlerin yaygın bir kullanım yeri yoktur. Rüzgârı önden alan türbinlerin iyi tarafı, kulenin oluşturduğu rüzgâr gölgelenmesinden etkilenmemesidir. Kötü tarafı ise, türbinin sürekli rüzgâra bakması için dümen sisteminin yapılmasıdır.

Yatay eksenli türbinlere örnek olarak pervane tipi rüzgâr türbinleri verilebilir. Bu tip türbinlerin kanatları tek parça olabileceği gibi iki ve daha fazla parçadan da oluşabilir. Günümüzde en çok kullanılan tip üç kanatlı olanlardır. Bu türbinler elektrik üretmek için kullanılır. Geçmişte çok kanatlı türbinler tahıl öğütmek, su pompalamak ve ağaç kesmek için kullanılmıştır.

Düşey eksenli rüzgâr türbinleri (DERT)

DERT-Eliptik Darrieus Rüzgâr Türbini

Türbin mili düşeydir ve rüzgârın geliş yönüne diktir. Savonius tipi, Darrieus tipi gibi çeşitleri vardır. Daha çok deney amaçlı üretilmiştir. Ticari kullanımı çok azdır.

Bu türbinlerin üstünlükleri şöyle sıralanabilir:

Generatör ve dişli kutusu yere yerleştirildiği için, türbini kule üzerine yerleştirmek gerekmez, böylece kule masrafı olmaz.
Türbini rüzgâr yönüne çevirmeye, dolayısıyla dümen sistemine ihtiyaç yoktur.
Türbin mili hariç diğer parçaların bakım ve onarımı kolaydır.
Elde edilen güç toprak seviyesinde çıktığından, nakledilmesi daha kolaydır.

Darrieus tipi

Darrieus tipi rüzgâr türbini, Fransız havacılık mühendisi Georges Jean Marie Darrieus tarafından 1931'de patentlenmiştir. Rüzgârın taşıdığı enerjiden elektrik üretmek için kullanılan bir "Dikey Eksenli Rüzgâr Türbini"dir (DERT).Türbin dikey bir şafta monte edilmiş birkaç adet kıvrımlı aerofoil kanattan oluşur.

DERT-Darrieus Giromill-(H) tipi rüzgâr türbini[4]

Savonius tipi

Savonius rüzgâr türbinleri, Dikey Eksenli Rüzgâr Türbinleri sınıfına girmektedir, rüzgâr enerjisini dönen bir şafta moment olarak aktarmak için kullanılır. İki ya da üç adet aerofoil, kepçeye benzer kesitin birleşimi şeklindedir. En yaygını iki adet kepçenin bulunduğu durumdur ve “S” şeklini andıran bir görüntüsü vardır.

Rüzgâr gücü hesabı

Rüzgâr gücü mümkün rüzgâr enerjisinin bir ölçümüdür. Rüzgâr gücü, rüzgâr hızının kübünün bir fonksiyonudur. Eğer rüzgâr hızı iki misline çıkarsa rüzgârdaki enerji sekiz faktörü ile artar (23). Bunun anlamı şudur; rüzgâr hızındaki küçük değişiklikler rüzgâr enerjisinde büyük değişikliklere neden olurlar.

Örneğin, 12.6 m/s hızındaki bir rüzgâr ile üretilebilecek enerji miktarı, 10 m/s hızındaki bir rüzgârdan üretilebilecek enerjinin 2 katıdır. (10 = 1000, 12.63 = 2000).

Yer seçimi veya ölçüm hataları ile yapılabilecek küçük rüzgâr hızı hataları bir rüzgâr türbini yatırımında büyük hatalara neden olabilmektedir. Bu nedenle, rüzgâr türbini satın almadan önce, doğru ve sürekli bir rüzgâr çalışması yapılmalıdır. Ekonomik olarak uygulanabilir olması için, bir rüzgâr türbini kurulacak yerde yıllık ortalama en az 5.4 m/s (12 mph) rüzgâr hızı olmalıdır.

Rüzgârdaki Mümkün Güç Miktarı

W = 0.5 r A v³ eşitliği ile verilir.

W: güç/enerji r: hava yoğunluğu A: kanat alanı v: rüzgâr hızı

Hava yoğunluğu yükseklikle, sıcaklıkla ve hava cepheleri ile değişir. Rüzgâr gücü hesaplamalarında, hava cephelerinin etkisi önemsenmeyecek kadar küçüktür, böylece hava yoğunluğu formülü şöyledir:

P = 1.325 P/T T: Fahrenheit + 459.69 olarak sıcaklık P: Yüksekliğe göre düzeltilmiş Mercury basıncı (inch)

Tipik ortalama hava sıcaklığı (59 °F) deniz seviyesine indirgenerek hava yoğunluğu için bir standart değer kullanılabilir. Bu durumda güç eşitliği basit olarak aşağıdaki hale gelir:

Basitleştirilmiş Güç Eşitliği

Metrik Birimler

W = 0.625 A v³ W: Güç (watt) V: Rüzgâr hızı (m/s) A: Rüzgâr türbini kanatları tarafından süpürülen alan (m²)

A = Π r² r: Rotor yarıçapı (m)

Basitleştirilmiş güç eşitliği denklemi, rüzgâr turbinenden elde edilecek gücün amprik olarak hesaplanabilmesi için türetilmiştir. Bu denklemden anlaşılabileceği gibi, bir sistemden elde edilecek enerji, rüzgâr hızının kübü ile doğru orantılıdır. Ayrıca elde edilecek güç , rüzgâr türbin kanatlarının süpürdüğü alan dolayısıyla rotor yarıçapının karesi ile orantılıdır.[5]

Ayrıca bakınız

Kaynakça

http://www.eie.gov.tr/yenilenebilir/ruzgar-ruzgar_enerjisi.aspx
http://energy.gov/eere/wind/inside-wind-turbine-0
Small Wind 15 Kasım 2011 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., U.S. Department of Energy National Renewable Energy Laboratory website
Giromill-Darrieus Rüzgâr Türbinleri http://www.reuk.co.uk/Giromill-Darrieus-Wind-Turbines.htm
Windkraftanlagen: Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. Berlin/ Heidelberg 2008, pp. 621. (Almanca). (İngilizce versiyonu: Erich Hau, Wind Turbines: Fundamentals, Technologies, Application, Economics, Springer 2005)

Dış bağlantılar

Şablon:Rüzgâr Gücü

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] ttp://www.eie.gov.tr/yenilenebilir/ruzgar-ruzgar_enerjisi.aspx

[2] ttp://energy.gov/eere/wind/inside-wind-turbine-0

[3] Small Wind 15 Kasım 2011 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., U.S. Department of Energy National Renewable Energy Laboratory website

[4] Giromill-Darrieus Rüzgâr Türbinleri http://www.reuk.co.uk/Giromill-Darrieus-Wind-Turbines.htm

[5] Windkraftanlagen: Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. Berlin/ Heidelberg 2008, pp. 621. (Almanca). (İngilizce versiyonu: Erich Hau, Wind Turbines: Fundamentals, Technologies, Application, Economics, Springer 2005)