30 Bin Üyemize Katılın
E-Bülten yayınlarımız için abone olun.

Rüzgar Enerjisi Nedir?

Rüzgar ve Rüzgar Enerjisi Nedir?

Güneş ışınları, yeryüzüne farklı sıcaklık, basınç ve nem oluşmasına neden olur. Bunlar da yeryüzünün eşit olmayan ısınmasına ve soğumasına sebep olur. Yeryüzünün farklı şekilde ısınması ve soğuması ile ortaya çıkan kuvvetler ise hava hareketlerini meydana getirmektedir.

Rüzgar Enerji
Şekil 1: Rüzgarın Rüzgar Enerjisine Dönüşümü

Bir hava kütlesi mevcut durumundan daha fazla ısınırsa atmosferin yukarısına doğru yükselir ve bu hava kütlesinin yükselmesiyle boşalan yere, aynı hacimdeki soğuk hava kütlesi yerleşir. Bu hava kütlelerinin yer değiştirmesine rüzgar adı verilmektedir. Rüzgâr enerjisi ise rüzgârı oluşturan hava akımının sahip olduğu hareket enerjisidir. Rüzgar enerjisinin kaynağı güneştir. Güneş enerjisinin %1-2’lik kısmı rüzgar enerjisine dönüşür.

Enerji üretimi bakımından, Kutuplar ile Ekvator arasında ve dinamik yüksek basınç kuşaklarından, dinamik alçak basınç kuşaklarına doğru gerçekleşen hava akımları (sürekli rüzgarlar) önemli rol oynuyorsa da karalarla denizler ve dağlarla vadiler arasındaki (devirli ve yerel rüzgarlar) hava akımlarına dayalı rüzgarlar da rüzgar enerjisi bakımından önemlidir.

Rüzgar Enerji
Şekil 2: Yeryüzünün Basınç ve Rüzgar Kuşakları
Rüzgar enerjisi
Şekil 3: Türkiye’de Görülen Basınç ve Rüzgar Çeşitleri

Yüksek basınç alanlarından, alçak basınç alanlarına doğru yönelen hava hareketi veya hava kütlesi değişen potansiyelde kinetik enerjiye sahiptir. Rüzgarın bu kinetik enerjisinden, çeşitli boyuttaki pervanelerin döndürülmesiyle, direkt mekanik güç veya dönüştürülmüş güç, yani elektrik enerjisi elde edilmektedir.

Rüzgarı Meydana Getiren Kuvvetler Nelerdir?

Havanın dünya yüzeyi üzerinde hareket edebilmesini sağlayarak rüzgârı meydana getiren ve rüzgârın hızına etki eden atmosfer içindeki belli başlı kuvvetler ise; basınç gradyan kuvveti, Coriolis kuvveti, merkezkaç kuvveti ve sürtünme kuvvetidir.

İlgili İçerik – Yenilenebilir Enerji Kaynakları Nelerdir?

Basınç gradyan kuvveti, havayı yüksek basınçtan alçak basınca doğru akıtmaya çalışacak şekilde etki eden kuvvettir. Coriolis kuvveti ise, yer dönmesinin saptırıcı kuvveti olarak bilinmektedir.

Rüzgârlar, genel olarak bir merkez etrafında dolanırlar. Bu hareketin neticesi olarak da kendilerini dolanım merkezlerinden uzaklaştırmak isteyen bir kuvvet etkisi altında bulunurlar. Bu kuvvete, merkezkaç kuvveti denilmektedir.

Rüzgârın meydana getirilmesinde etkili olmayan, rüzgâr hızını yavaşlatmaya çalışan kuvvete ise sürtünme kuvveti denir. Bu kuvvet, yer yakınında en büyüktür ve türbülanslar tarafından yukarıya taşınır. Rüzgârın sürtünmesinden doğan bu kuvvet, yer üstünde 450-600 m yüksekliğe kadar rüzgârı yavaşlatmaktadır.

Rüzgar enerjisinden, mekanik olarak değirmenlerde tahıl öğütmede ve deniz taşıtlarının hareket ettirilmesinde, su pompalarının çalıştırılmasında ve elektrik üretiminde faydalanılmaktadır.

Rüzgar Enerjisinin Tarihçesi

Rüzgâr enerjisi kullanımı, M.Ö. 2800’lü yıllarda Orta Doğu’da başlamıştır. M.Ö. 17. yüzyılda Babil Kralı Hammurabi döneminde Mezopotamya’da sulama amacıyla kullanılan rüzgâr enerjisinin, aynı dönemde Çin’de de kullanıldığı belirtilmektedir. Yel değirmenleri ilk olarak İskenderiye yakınlarında kurulmuştur.

Rüzgar Enerjisi
Şekil 4: Bir Yerleşim Yerinde Bulunan Yel Değirmeni Görüntüsü

Tarımsal ürünleri öğütmek, su pompalamak, hızar çalıştırmak gibi amaçlarla geliştirilen yel değirmenleri; Avrupa’da Endüstri Devrimi’ne kadar hızla yayılmışlardır. Buhar makinesinin yapılması ve odun, kömür gibi yakıtlardan kesintisiz enerji üretimine başlanması ile rüzgâr enerjisinin bu alanlarda kullanılmamaya başlamıştır.

Rüzgâr türbini (Aerojeneratör) denilen ve elektrik üretiminde kullanılan ilk makineler, 1890’ların başlarında Danimarka’da yapılmıştır. Rüzgâr enerjisinden elektrik üreten ilk türbin ise 1891’de modern aerodinamiğin önemli mühendisi olan Paul la Cour tarafından Danimarka’da inşa edilmiştir.

1960’larda Almanya’da Profesör Ulrich Huger’in tasarladığı rüzgar türbinleri iki kanatlıydı ve fiberglas ve plastik maddelerden yapılmıştı. 1980’lerde farklı türbin şekilleri ortaya çıkmıştır. Düşey eksenli ve yatay eksenli türbinlerin çeşitli modelleri üretilmiştir. Bu tarihlerde türbinlerdeki kanat sayısı üçe yükselmiştir.

Rüzgar Enerjisi Nasıl Hesaplanır?

Rüzgar türbini, rüzgardaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren sistemdir. Bir rüzgar türbini genel olarak kule, jeneratör, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrik-elektronik elemanlar ve pervaneden oluşur.

Rüzgar Enerjisi
Şekil 5: Rüzgar Türbinlerinde Mekaniksel Gücün Elektriksel Güce Dönüşümü Aşamaları

Havanın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Rotor milinin devir hareketi hızlandırılarak gövdedeki jeneratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya doğrudan alıcılara ulaştırılır.

Rüzgarın özellikleri, yerel coğrafi farklılıklar ve yeryüzünün homojen olmayan ısınmasına bağlı olarak, zamansal ve yöresel değişiklik gösterir.

Rüzgar hız ve yön olmak üzere iki parametre ile ifade edilir. Rüzgar hızı yükseklikle artar ve teorik gücü de hızının küpü ile orantılı olarak değişir. Rüzgar türbinlerinden üretilebilecek teorik güç şu şekilde hesaplanmaktadır:

E= 1/2 x Havanın Yoğunluğu x Rotorun Süpürdüğü Alan x Rüzgar Hızının Küpü

Rüzgar türbinleri, elektrik enerjisi üretimine ancak belirli bir rüzgar hızında başlayabilmektedir. Bir rüzgâr türbini cut-in ve cut-out rüzgar hızları arasında enerji üretimini gerçekleştirir. Modern rüzgar türbinlerinin cut-in (devreye girme) hızları 2-4 m/s, nominal hızları 10-15 m/s ve cut out (devreden çıkma) hızları ise 25-35 m/s arasındadır.

Rüzgar enerjisi
Şekil 6: Bir Arazide Konumlandırılmış Rüzgar Enerjisi Çiftliği

Her bir rüzgar türbini için belirlenmiş bir rüzgar hızında, sistemden elde edilen güç en büyük değere ulaşır. Bu en büyük güce nominal güç ve bu rüzgar hızına nominal hız adı verilmektedir. Sistemin hasar görmemesi için belirli bir rüzgar hızından sonra rüzgar türbinlerinin stop konumuna geçmesi otomatik olarak sağlanır. Bu maksimum hıza sistemin cut-out hızı adı verilmektedir.

Günümüz teknolojisi ile rüzgar türbinlerinde havanın kinetik enerjisinin tamamını elektrik enerjisine çevirmek mümkün değildir. Betz Limiti olarak adlandırılan değer ile havanın kinetik enerjisinden maksimum yüzde 56 oranında elektrik enerjisi elde edilebilmektedir.

Türkiye Rüzgar Haritası
Grafik 1: Türkiye’nin Rüzgar Enerjisi Potansiyeli Atlası (REPA)

Grafik görüldüğü gibi, Türkiye’nin yıllık rüzgar enerjisi potansiyeline bakıldığında daha çok 100-500 W/m2 olduğu görülmektedir. En yüksek rüzgar enerjisine sahip bölgeler ise Ege, Akdeniz gibi kıyı kesimleridir.

Rüzgar Enerji Santrali
Grafik 2: Türkiye’deki Rüzgar Enerjisi Santralleri Dağılımı ve Kurulu Güç Değerleri

2017 yılı itibariyle Türkiye’de 155 tane lisanslı, 39 tane lisanssız rüzgar enerjisi santrali bulunmaktadır. Lisanslı ve lisanssız santrallere ilişkin bilgileri aşağıdaki belgelerden ulaşabilirsiniz.

Türkiye Rüzgar Enerji Santralleri:

2018 yılındaki verilere göre rüzgar enerjisi kurulu gücüne sahip ilk beş ülke şu şekilde; Çin, ABD, Almanya, Hindistan ve İspanya. Avrupa’daki en fazla rüzgar enerjisi kurulu gücüne sahip on ülke ise şöyle:

Rüzgar Enerjisi
Tablo 1: Avrupa Kıtası’nda Yer Alan Ülkelerin Rüzgar Enerjisi Kurulu Güç Değerleri

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir