Rüzgar Türbini Nedir?

Havayı bir akışkan olarak düşünmek bizler için çoğu zaman zordur. Görünmez olduğu için havayı akışkan olarak hayal edemeyiz. Ancak hava sıvı yerine gaz parçalarından oluşan bir akışkandır. Hava rüzgar nedeniyle hareket ettiğinde onu oluşturan gaz parçacıklarıda hızla hareket etmektedir. Bu parçacıkların hareketi depolanabilir kinetik enerji oluşmasını sağlayacaktır. Rüzgar enerji türbinlerinde pervaneler rüzgardaki kinetik enerjiyi yakalayacak şekilde dizayn edilmiştir. Yakalanan rüzgar enerjisi pervanelerin dönmesini sağlar. Dönen pervaneler rotor milini döndürerek generatorün harekete geçmesini sağlar. Generator rüzgardan elde edilen bu dönme enerjisini elektrik enerjisine çevirir.

Türbin Bileşenleri
Rüzgar enerji türbinleri basitçe 3 temel parçadan oluşur.
* Rotor pervanesi : Pervaneler sistemin yelkeni gibi çalışırlar. Rüzgarın karşısında bir bariyer olarak durur. Rüzgar pervaneleri harekete geçirdiğinde enerjisini rotora aktarır.
* Mil : Rüzgar türbini mili rotorun merkezine bağlıdır. Rotor dönmeye başladığında milde dönecektir. Bu durumda rotor mekanik enerjisini mile dairesel dönme enerjisi olarak aktaracaktır.
* Generator : Generatorlar elektrik voltajı üretmek için temel olarak elektromagnetik indüksiyon prensibini kullanır. Voltaj aslında elektriksel bir basınçtır, elektrik akımını bir noktadan başka bir noktaya taşır. Bu yüzden voltaj üretmek aynı zamanda elektrik akımı üretmeye neden olacaktır. Basit bir generator mıknatıs ve iletkenlerden oluşur. İletken tipik olarak bir bobinden oluşur. Bobinler veya bunların etrafını saran mıknatıslardan herhangi biri diğerine göre dönme hareketi yapacak olursa bu, iletkende voltaj oluşmasına neden olacaktır. Bu duruma elektromagnetik indüksiyon denir.
Rotor mili döndürdüğünde, rotor miline bağlı mıknatıslar dönmeye başlayacak ve bobinlerde böylece elektrik enerji oluşması sağlanacaktır. İndüklenen bu voltaj bir elektrik akımı ( genellikle ac akım veya ac güç ) meydana getirir ve iletim hattına gönderilir.
Modern Rüzgar Enerjisi Teknolojileri
Modern rüzgar türbinlerinden bahsederken iki temel dizaynı incelememiz yeterlidir. Bunlar yatay ve dikey merkezli rüzgar türbinleridir. Dikey merkezli rüzgar türbinleri ( VAWT – Vertical-axis wind turbine ) çok sık kullanılmaz. Ancak özellikle şehir içi kullanımlarda, türbini kuracak yer sorunu varsa tercih edilmektedir.

Dikey rüzgar türbinlerinde rotor mili yere dikey olarak yerleştirilir. Dikey türbinlerin, yatay türbinlerde olduğu gibi rüzgara göre ayarlanma zorunluluğu yoktur. Çünkü her yönden rüzgar alabilir. Ancak dikey türbinin dönmeye başlaması için harici bir kuvvet uygulamak gerekir. Destek için kule yerine destek kablosu gerekmektedir. Yere yakın olduğu için kurulumu ve bakımı kolaydır. Dezavantajı yatay türbinlere göre daha verimsiz olmasıdır. Ancak kolay kurulumu nedeniyle özellikle şehir içinde veya kırsal bölgede su pompalamak için kullanılabilir. Aşağıda bir dikey türbinin bileşenleri görülmektedir.

Günümüzde verimleri nedeniyle ticari uygulamalar için yatay rüzgar türbinleri ( HAWT- Horizontal-axis wind turbine ) kullanılmaktadır. İsminden de anlaşılacağı üzere yatay türbinlerin rotor milleri yere yatay olacak şekilde yerleştirilir. Bu türbinlerde dikey türbinlerden farklı olarak rüzgara karşı bakma zorunluluğu vardır. Sürekli rüzgara dönmek için yatay türbinlerde elektromekanik bir bölüm vardır. Bu sistem sayesinde rüzgar türbini rüzgarın yönünü tayin eder ve pervanelerin o yöne bakması sağlanır. Yatay türbinlerde rüzgarı en iyi şekilde almak için pervanelerin yüksek kulelerin üzerine monte edilmesi gerekir. Ne kadar yükseğe erişilirse o kadar kuvvetli rüzgarlara ulaşılacaktır. Rüzgardaki bu artışta daha fazla enerji anlamına gelecektir.

Yatay türbin bileşenleri ;
Rotor Pervanesi : Rüzgar enerjisini yakalar ve bu enerjiyi mile dönme enerjisi olarak aktarır.
Mil : Dönme enerjisini generatore aktarır.
Motor dairesi aşağıdaki bileşenleri içerir :
Dişli kutusu : Rotor göbeği ile generator arasındaki milin hızını arttırır.
Generator : Milin dönme enerjisini kullanarak elektrik üretir.
Elektronik Kontrol Ünitesi : Sistemin kontrol ve takip edilmesini sağlar. Arıza durumunda sistemi kapatır ve rüzgarı takip işlemlerini kontrol eder.
Dümen Kontrol Ünitesi : Pervanelerin rüzgarın estiği yöne doğru dönmesini sağlar.
Kesici : Yük aşımı veya herhangi bir sistem hatası durumunda milin dönmesini durdurur.
Kule : Rotoru ve motor dairesini destekler. Pervanelerin daha iyi rüzgar almasını sağlar ve pervaneleri yerden güvenli bir yükseklikte tutar.
Elektriksel Donanım : Generatorde üretilen elektriği kuleden aşağı taşır ve türbindeki birçok bileşenin güvenliğini sağlar.
Türbin Aerodinamiği
Günümüzdeki rüzgar türbinleri rüzgar enerjisini en verimli şekilde kullanabilmek için en sofistike aerodinamik prensiplerini kullanır. Rüzgar türbininin pervanesine rüzgar tarafından iki farklı aerodinamik kuvvet uygulanır. Bunlardan biri rüzgar yönüne dik kaldırma kuvveti, diğeri ise rüzgar yönüne paralel sürükleme kuvvetidir.

Türbin pervaneleri uçak pervanelerine benzer bir şekilde biçimlendirilir, uçak kanadı dizaynı kullanılır. Bu dizayn şeklinde pervanenin bir yüzeyi yuvarlatılmışken diğer yüzeyi göreceli olarak düzdür.
Aerodinamik, dizayn aşamasında türbin verimliliğini etkileyen tek faktör değildir. Pervanelerin çapı da verimliliği etkiler. Pervane çapı büyüdükçe taranan alan genişleyeceğinden daha fazla rüzgar elektrik enerjisine dönüştürülebilecektir. Bunun dışında kule yüksekliğide türbin verimliliği için önemlidir. Kule ne kadar yüksek olursa türbin o kadar fazla rüzgara erişebilecektir. Kule boyu 2 kat arttığında rüzgar hızı %12 artacaktır.
Türbin Çıkış Gücünü Hesaplama
Bir rüzgar türbininin üreteceği gücü hesaplamak için türbinin bulunduğu bölgedeki rüzgar hızı ve türbin güç çevrim oranının bilinmesi gerekmektedir. Birçok türbin maksimum enerjiyi 15 mt/sn ( 33mph) rüzgar hızında üretir. Sabit rüzgar şartlarında rotor çapı türbinin ne kadar enerji üreteceğini belirler. Rotor çapının ve dolayısıyla kule yüksekliğinin artmasının daha hızlı rüzgarlara ulaşılmasını sağladığını unutmayın.

33 mph’ de birçok türbin maksimum güç kapasitesine ulaşacaktır ve 45 mph ( 20 metre/sn ) rüzgar hızında birçok türbin kendini kapatacaktır. Rüzgar hızı türbin yapısını tehdit etmeye başladığına koruma sağlamak için kullanılan bazı güvenlik sistemleri vardır. Bunlardan en çok kullanılanı titreşim ölçer sensör kullanımıdır. Türbindeki titreşim eşik değeri aşarsa sistem otomatik olarak kapatılacaktır.
Türbini bir tehlike anında durdurmak için kesici sistemler kullanılır. Aşağıda kesici sistemlerin en çok kullanılanları anlatılmıştır.
Çıkış Kontrolü : Türbindeki bir elektronik kontrolör türbin güç çıkışını izler. 45 mph ve üzeri hızlarda güç çıkışı çok fazla olacaktır. Bu durumda kontrolör gerekli sinyali göndererek pervaneleri rüzgarı tam görmeyecek şekilde çevirir. Böyle pervane dönüş hızı azalır. Bu tür kontrol sistemi kullanılacaksa pervaneler ayarlanabilir açıda monte edilmelidir.
Pasif durdurma kontrolü : Pervaneler sabit açıyla yerleştirilmişlerdir. Ancak birbirlerine doğru bükülebilirler. Aralarındaki mesafe azaldığında türbülans olacak ve dönme hızı düşecektir. Herhangi bir elektronik kontrolör yoktur. Rüzgar hızına göre kendini ayarlar.
Aktif durdurma kontrolü : Pasif durdurma ve çıkış kontrollü sistemlerin birleşimidir. Çıkış kontrollü sistemden farklı olarak rüzgardan yönünü çevirip yavaşlatma yapmaz, sistemi durdurabilir.
turksan.com alıntıdır.