Rüzgar Enerjisi Nedir?
Rüzgar, yeryüzünün eşit olmayan ısınması ve soğuması sonucu ortaya çıkan kuvvetlerin etkisi ile oluşan hava hareketleridir. Rüzgar enerjisi ise rüzgârı oluşturan hava akımının sahip olduğu hareket enerjisidir.
Rüzgar Enerjisi İlk Ne Zaman Kullanılmıştır?
Milattan önceki yıllarda kullanılmaya başlanılan rüzgâr enerjisi, denizlerde yelkenli gemilere, karalarda ise, yel değirmenlerine ve rüzgâr millerine ana güç kaynağı olmuştur. Özellikle buğday, mısır öğütme ve su pompalama gibi gereksinmeler uzun yıllar bu yolla çözülmüştür. Rüzgâr enerjisi kullanımı, M.Ö. 2800’lü yıllarda Orta Doğu’da başlamıştır. İnsanlık rüzgar enerjisinin kullanımında yel değirmenlerinden, modern rüzgar santrallerine doğru uzanan teknolojik bir süreç yaşamıştır.
Buhar makinesinin yapılması ve odun, kömür gibi yakıtlardan kesintisiz enerji üretimine başlanması ile rüzgâr enerjisi önemini yitirmeye başlamıştır. Fosil yakıtların ucuzluğu yedeniyle yeterli seviyede önemsenmeyen rüzgar enerjisi, 1970’li yıllardaki petrol krizleri nedeniyle tekrar hatırlanmıştır. 1980 sonrasındaki gelişmelerle, Avrupa ve ABD’de rüzgar santralleri ekonomi, çevre ve enerji açısından çağdaş mühendislik ürünleri haline gelmiştir. Rüzgar Türbinlerinin (RT’lerin) seri üretimine geçilmesi ile bu alandaki yatırımlar ve türbin üzerindeki gelişmeler gün geçtikçe artmış ve rüzgar santralleri kurulmuştur. Önceleri kara parçaları üzerinde kurulan rüzgar santralleri, artık denizlerin üzerine (Alarga – Offshore) kurulmaktadır.
Rüzgar Enerjisi Türbinlerinin Gelişimi Nasıl Olmuştur?
Dünyada; rüzgar enerjisinden elektrik üreten ilk türbin, 1891’de modern aerodinamiğin önemli mühendisi olan Paul la Cour tarafından Danimarka’da inşa edilmiştir. Elektriğin birim fiyatı yüksek olduğundan, 1980–1981 yıllarında, endüstriyel ve teknolojik gelişmeler sonucu 55kW kapasiteli RT’ler yapılıp, üretimine başlanmıştır. Rüzgar endüstrisi daha çok yaygınlaşmış ve Risoe National Laboratuvarı yardımı ile Avrupa Rüzgar Atlasının gelişmesine paralel olarak elektrik birim fiyatlarında önemli ölçüde azalmalar meydana gelmiştir.
En küçük RT’ler 1982 yılında California piyasasına girdiğinde, Danimarka’da uzun süredir kullanılmaktaydı. California’da 1979–1985 yılları arasındaki devlet yardım programı etkisini göstermiş ve 1981 yılında 150 adet olan küçük RT sayısı, 1985 yılı sonlarında 16000’e ulaşmıştır. California’daki bütün RT’lerin %75’ine ortak olan Danimarkalı üreticiler, 55kW’lık RT’ler için bir endüstri kurmuşlardır. Danimarkalı RT üreticileri, bugün bile dünya çapındaki piyasada en büyük üretici olma özelliğini elinde bulundurmaktadır. 1985 yılında 25m kanat çapında ve 250kW gücündeki RT prototipi California’da yapılmış ve kısa bir zaman içinde piyasaya sürülmüştür. Danimarka da ise piyasayı canlı tutmak amacıyla ev tipi RT’ler tekrar geliştirilerek piyasaya sürülmüştür. Bugün bile 0,1–10kW arasında bağımsız çalışan çeşitli güçlerde ev tipi RT’ler imal edilmektedir.
Küçük RT’lerin gelişmesine paralel olarak, 1976–1980 yılları arsında piyasanın talebi üzerine birkaç ülke büyük RT’ler için yatırım yapmıştır. Almanya ve dünyada, büyük RT’lerin geliştirilmesi için milyon marklar harcanmış, fakat teknik problemlerle karşılaşılıp olumsuz düşünceler ortaya çıkınca, destek azalmıştır. İkinci büyük RT üretimi maliyet ve performans bakımından başarılı olmasına rağmen tüketiciler tarafından ilgi görmemiştir. Böylece büyük RT’lerin geliştirilmesi mümkün olmamıştır.
1989 yılından itibaren Almanya’da RT teknolojisi hızla gelişmiştir. Rotor çapı 25m, çıkış gücü 150-250kW olan RT’ler imal edilmiş ve bunu rotor çapı 30-35m, çıkış gücü 300kW’dan büyük türbinler izlemiştir. Bu türbinler 2–3 yıl piyasaya egemen olmuştur. 1992 Ağustos ayında ilk Tacke-Windtechnik’in yaptığı 500kW’lık RT çalışmaya başlamıştır. Bunu ENERCON’un E40 ve diğer Avrupalı üreticilerin ürettiği türbinler takip etmiştir. 500kW’lık RT’nin gelişmesi için 37m kanat çapında rotor imalatına başlanmıştır. Bunu 46m çapında ve 600kW gücünde ve özellikle iç bölgelerde, düşük rüzgarlı alanlarda kullanılmak üzere dizayn edilmiş RT’ler izlemiştir. Tacke-Windtechnik’in yaptığı 500kW’lık RT’den dört yıl sonra 1996 yılı sonlarına doğru ENERCON 66m çaplı 1,5 MW gücünde RT üretmeye başlamıştır. Bu ilerlemeyi; 66m çaplı ve 1,65 MW gücündeki türbinler izlemiştir. Artık günümüzde karadaki uygulamalar için 70m, 80m hatta 100m rotor çaplı ve 2 MW ve üzeri güçlerdeki bir RT görmek olağan dışı değildir.
Deniz üstü (Offshore) Rüzgar Türbinlerinin Özellikleri
Deniz üstü (Offshore) ve Kara üstü (Onshore) rüzgar türbinleri arasında bazı teknik farklılıklar bulunmaktadır. Bu farklılıkların başında deniz üstü sistemlerde korozyondan korunabilmeleri için yapılan özel dış koruma kaplaması yer almaktadır. Deniz üstü sistemler denizin içine kuruldukları için, yüksek nem ve tuzlu çevre koşullarına bağlı olarak, rüzgar türbin yüzeyinde etkin bir dış koruma uygulaması zorunludur.
Kara üstü rüzgar türbinlerinin yerleşim yerlerine de yakın olarak kurulabileceği dikkate alınarak başta kanat tasarımı olmak üzere tüm sistem gürültüyü azaltacak şekilde tasarlanmaktadır. Deniz üstü rüzgar türbinlerinde ise tasarımın temel amacı gürültüden ziyade optimum aerodinamik verimin alınabilmesidir. Bu sebeple deniz üstü rüzgar türbinlerinin kanat hızları kara üstü sistemlere göre daha yüksektir. Kanat hızlarının artırılması aşağıda ifade edilen gereklilikleri de beraberinde getirmektedir.
- Kanat katılığının (solidity) azalması sonucu kanadın süpürdüğü alanın düşmesi ve dolayısıyla kanat boyunun kısalması
- Kanadın süpürdüğü alanının düşmesi sonucu rüzgar türbini çalışmıyorken kanat üzerine etkiyen kuvvetlerin azalması
- Dişli kutusu, ana yatak gibi mekanik aksamın küçülmesi (dişili kutulu sistemlerin kullanılması halinde geçerlidir) [5]
Dişili kutusunun kullanıldığı deniz üstü rüzgar türbinlerinin periyodik bakım işlemleri de onshore sistemlerden biraz farklıdır. Yağlama sisteminin servis süresi daha uzundur. Birçok yatak otomatik olarak yağlanmaktadır. Dişli kutusunda bulunan özel bir yağ filtreleme sistemi yağın kalitesinin uzun süre korumasını sağlamaktadır.
Deniz üstü RES en büyük maliyet parametrelerinin başında türbinlerin temel inşası ve deniz altından en yakın kara parçasına çekilen iletim hatları oluşturmaktadır.
Deniz üstü RES’lerin maliyetini belirleyen, tesisin karaya uzaklığı ve kurulacağı derinliktir. Çünkü bu faktörler temel ve iletim bağlantı maliyetlerini belirleyen temel faktörlerdir. Deniz üstü RES’lerin yatırım maliyetleri dağılımı kara üstü RES’lerden biraz daha farklıdır. Örneğin kara üstü bir rüzgar türbininde yatırım maliyetinin %68’ni rüzgar türbini ve yüzde 9’nu temel inşası oluştururken; deniz üstü sistemlerde bu oranlar %33 ve %24 şeklinde dağılmaktadır. Ayrıca deniz üstü RES toplam yatırım maliyetleri kara üstü sistemlere göre daha yüksektir.
İlk Deniz üstü RES Ne Zaman Kurulmuştur?
İlk deniz üstü rüzgar enerji santrali 5 MW kurulu güce sahip Danimarka’da Looland Adası yakınlarında kurulan Vindeby rüzgar enerji santralidir. İlk etapta kıyıdan uzaklığı 10 kilometreyi ve derinliği 10 metreyi geçmeyen alanlarda deniz üstü rüzgar enerji santralleri kurulmuştur.
Kara üstü (Onshore) ile Deniz üstü (Offshore) RES’lerin Farkı Nedir?
Kara üstü ve deniz üstü rüzgar enerji santralleri arasında belirgin bazı farklar bulunmaktadır. Bunlar;
- Deniz üstü bölgelerde daha kararlı ve yüksek rüzgar hızlarının bulunması sebebiyle daha fazla enerji üretimi yapılabilmektedir.
- Deniz üstü rüzgar enerji santrallerinin montaj maliyeti kara üstü sistemlere göre daha yüksektir. Bu nedenle daha çok 50 MW ve üzeri projelerde tercih edilmektedirler.
- Deniz üstü rüzgar enerji santrallerinde işletme ve bakım maliyetleri daha yüksek ve zordur.
- Deniz üstü rüzgar enerji santrallerinde deniz koşullarından kaynaklı çeşitli lojistik problemlerle karşılaşılabilmektedir.
Bir deniz üstü RES için fizibilite etütleri yapılırken yukarıda ifade edilen bu farklılıklar mutlaka dikkate alınmalıdır. Ayrıca yukarıdaki sistemler arası farklılıklara ek olarak bazı temel parametreler de fizibilite etütleri sırasında incelenmelidir. Bunlar:
- Deniz üzerindeki rüzgar enerji potansiyeli
- Deniz derinliği
- Kıyıya uzaklık
- Askeri kullanım
- Balıkçılık
- Deniz trafiği
- Boru hatları ve kablolama
Daha yüksek enerji elde etme rüzgar enerjisinde genel amaçtır. Yüksek enerji üreten ve daha uzun ömürlü santral kurulması için Avrupa da uygun yer bulunamadığından Deniz üstü Rüzgar santralleri kullanıma geçmiştir.
İlgili Konular: Offshore_DEK Makale
Kaynaklar:
- Elibüyük, U. ve Üçgül, İ., (2014): Rüzgar Türbinleri, Çeşitleri ve Rüzgâr Enerjisi Depolama Yöntemleri
- Nurbay, N. ve Çınar, A.: Rüzgar Türbinlerinin Çeşitleri ve Birbirleriyle Karşılaştırılması
- C., (2008): Offshore Rüzgar Enerji Santralleri
