Enerji̇ veri̇mli̇li̇ği̇ coskun karabal kemerburgaz y. l. btr. pr 03062014
Rüzgar Enerjisi
1. RÜZGÂR ENERJİSİ VE RÜZGÂR
TÜRBİNLERİ
BĠL101 Bitirme Projesi
Ömer Said ERDOĞAN
11060335
Ondokuz Mayıs Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi
Makine Mühendisliği Bölümü
Aralık 2011
1
2. ÖZET
Fosil esaslı yakıtların çevreye verdiği zararlar ve kaynaklarının
sınırlı olması nedeniyle baĢlatılan enerji kaynaklarını araĢtırma çalıĢma-
ları, insanoğlunun, tarihin en eski çağlarından beri önce su üzerindeki
araçların hareket ettirilmesinde, daha sonra da yel değirmenlerinde kut-
landıkları rüzgâr enerjisinden çağımızda en çok kullanılan enerji türü
olan elektrik enerjisi üretiminde yararlanma çalıĢmalarına baĢlamasına
neden olmuĢtur.
Özellikle elektrik Ģebeke hatlarının çekilmesinin pahalıya mal
olduğu uzak bölgelerde enerji ihtiyacının karĢılanmasına ekonomik çö-
zümler getiren rüzgâr enerjisi uygulamaları yıl boyunca rüzgâr rejiminin
uygun olduğu bölgelerde Ģebekeye enerji temini konusunda da istikbal
vaat etmektedir. Bu makalede rüzgâr enerjisi ve bundan yararlanma Ģe-
killeri ve rüzgâr türbinleri konusunda temel bilgiler verilerek, ülkemiz-
deki potansiyeline dikkat çekilmeye çalıĢılmıĢtır.
SUMMARY
However, the wind energy is used from ancient times as a driving
force for vehicles on water and for windmills, the studies on the
alternative energy sources because of environmental disadvantages and
limited capacity of fossil sources had slated to investigate the possibility
to use the wind energy for production of electricity, most widely used
energy type in modern world. Especially for the remote areas where the
cost of electrical network connections are high, the build energy submit
economical solutions. By wind power, the electrical energy can be
supplied for network at regions where the wind regime has a reasonable
degree ever the year in this an idea wind energy, its utilisation methods,
and wind turbines are investigated and the potential for Türkiye has been
discussed.
2
3. TEŞEKKÜR
Bu projenin çeĢitli aĢamalarında yardım ve desteklerinden dolayı
danıĢmanım Yrd.Doç.Dr. Ġbrahim KELEġ’e en içten duygularımla te-
Ģekkürü bir borç bilirim.
Hepsinden çok daha önemlisi, anne ve babamı ve de Türkiye
Cumhuriyeti Devletinin öğrenimimin her aĢamasında bana karĢılıksız
olarak sağladıları imkanlardan dolayı Ģükranla anıyorum.
3
4. İçindekiler
Özet ……………………………..………………………………………2
Summary ………………………………………………………………..2
TeĢekkür ………………………………………………………………...3
GiriĢ…………………………………………………………………….. 6
1. Rüzgar Enerjisi……………………………………………………….7
2. Rüzgâr Hızının Dağılımı……………………………………………...7
3. Rüzgar Türbinleri……………………………………………………..8
3.1. Rüzgar Türbinlerinin Sınıflandırılması……………………………..9
3.1.1. Yatay Eksenli Türbinler ………………………………………….9
3.1.2. DüĢey Eksenli Türbinler ………………………………………...10
3.1.3. Darrieus Tipi …………………………………………………....10
3.1.4. Savonius Tipi ……………………………………………………11
3.2. Rüzgâr Gücü Hesabı……………………………………………….11
3.2.1. Rüzgârdaki Mümkün Güç Miktarı………………………………11
4. Elektrik Üretimi……………………………………………………...12
4.1. ġebeke Yönetimi…………………………………………………..13
4.2. Kapasite Faktörü…………………………………………………..13
4.3. Etki………………………………………………………………...14
4.4. Kesintiler ve Etki Sınırları………………………………………....15
5. Rüzgar Tarlaları……………………………………………………...15
5.1. Yer Planı…………………………………………………………...15
4
5. 5.2. Yükseklik………………………………………………………….16
5.3. Rüzgâr park etkisi………………………………………………….16
5.4. Çevresel ve Estetik Etkiler………………………………………...16
5.5. Güç Ģebekesindeki etki…………………………………………….17
6. Türbin YerleĢimi…………………………………………………….17
6.1. Türbin YerleĢim Türleri…………………………………………...18
6.1.1. Karada …………………………………………………………..18
6.1.2. Sahilde …………………………………………………………..18
6.1.3. Denizde ………………………………………………………….18
6.1.3.1. Zemin Etütlü, Temel Altyapı Kule Teknolojileri……………..19
6.1.3.2. Su Altı, Yüzen Türbin Teknolojileri …………………………19
6.1.4. Havada …………………………………………………………..19
7. Dünyadaki Durum…………………………………………………...19
5
6. GİRİŞ
Rüzgârdan yararlanarak enerji üretiminin geçmiĢi 7. yüzyıla kadar
dayanır. Ġlk olarak Ġranlıların rüzgâr değirmenleri yaptıkları bilinmekte-
dir. Rüzgâr türbinleri Avrupa'ya 11-13. yüzyıllar arasında meydana gelen
Haçlı Seferleri sırasında geçmiĢtir. Danimarka'da ilk türbin 1259 tarihin-
de inĢa edilmiĢtir. Daha sonra çok büyük bir kullanım sahası bulan bu
türbinler sayesinde Hollanda yel değirmenleri ülkesi olarak anılmaya
baĢlanmıĢtır.
Moderrn türbinler konusunda ilk çalıĢmalar Danimarkalı Dane Paul
La Cour tarafından 1890 yılında baĢlatılmıĢ ve bu sayede Danimarka
rüzgâr türbinlerinin kâĢifi sayılmıĢtır. Rüzgâr enerjisi yenilebilir enerji
kaynaklan arasında sayılmaktadır. Endüstri devrimi sırasında diğer kay-
naklardan ucuz enerji elde edilmesi nedeniyle yerini diğer kaynaklara
bırakmıĢtır. Petrol krizi sonrasında rüzgâr enerjisi su pompalama ve uzak
yerleĢim yerlerindeki enerji ihtiyacını karĢılamak amacıyla yeniden gün-
deme gelmiĢ; Ģu anda da çevre ile ilgili endiĢeler ve alıĢılmıĢ enerji üre-
tim yöntemlerinin sebep olduğu çeĢitli olaylar nedeniyle canlanmıĢtır.
Rüzgâr enerjisinin bir uygulama alanı da su pompalama sistemleri-
dir. Geçen yüzyılda ve bu yüzyılın birinci yansında geniĢ çapta kullanı-
lan rüzgâr pompaj sistemlerinde geçmiĢ yıllarda oldukça ani düĢüĢler
olmuĢ ve neticede rüzgâr ile çalıĢan su pompaları yerlerini diğer kaynak-
larla çalıĢan pompalara kaptırmıĢtır.
6
7. 1. Rüzgar Enerjisi
Rüzgâr enerjisi, rüzgârı oluĢturan hava akımının sahip olduğu
hareket (kinetik) enerjisidir. Bu enerjinin bir bölümü yararlı olan meka-
nik veya elektrik enerjisine dönüĢtürülebilir.
Rüzgârın gücünden yararlanılmaya baĢlanması çok eski dönem-
lere dayanır. Rüzgâr gücünden ilk yararlanma Ģekli olarak yelkenli ge-
miler ve yel değirmenleri gösterilebilir. Daha sonra tahıl öğütme, su
pompalama, ağaç kesme iĢleri için de rüzgâr gücünden yararlanılmıĢtır.
Günümüzde daha çok elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadır.
Fosil, yakıt yöntemlerde atmosfere zararlı gazlar salınmakta, bu
gazlar havayı ve suyu kirletmektedir. Rüzgârdan enerji elde edilmesi
sırasında ise bu zararlı gazların hiçbiri atmosfere salınmaz, dolayısıyla
rüzgâr enerjisi temiz bir enerjidir, yarattığı tek kirlilik gürültüdür. Per-
vanelerin dönerken çıkardığı sesler günümüzde büyük ölçüde azaltılmıĢ-
tır.
Toprak, kutuplardan ekvatora doğru artıĢ göstererek güneĢ tara-
fından eĢit olmayacak Ģekilde ısınıyor. Ayrıca karalar denizlerden daha
çabuk ısınır (ve soğur). Isı farkı, global atmosferik ısı yayma sisteminin
toprak yüzeyinden stratosfere doğru uzanmasını sağlar. Bu rüzgâr hare-
ketleri sonucunda depolanan enerjinin çoğu, rüzgârın hızının 160 km/s
aĢtığı yüksek rakımlarda bulunabilir. Sonuçta, rüzgâr enerjisi toprak yü-
zeyinde ve atmosfer boyunca, sürtünmeden yayılmaya kadar her türlü
Ģekle dönüĢür. Rüzgârdan faydalanılan gücün toplam miktarı, tüm kay-
naklardan kullanılanın yanında devede kulak gibidir. Tahmini 72 TW (
Tera Watt) olan toprağın potansiyel rüzgâr gücünden ticari olarak fayda-
lanılabilir.
2. Rüzgâr Hızının Dağılımı
Farklı rüzgâr kuvvetleri ve belli bir yerdeki ortalama değer bir
rüzgâr türbininin yalnızca orada üretilebilir enerjisinin miktarını göster-
mez. Belli bir alandaki rüzgâr hızının frekansını belirlemek için, olası bir
7
8. dağılım fonksiyonu gözlenen veriye göre uyarlanır. Farklı alanlarda
farklı rüzgâr hız dağılımı vardır.
Weibull modeli birçok yerdeki saatlik rüzgâr hızlarının gerçek
dağılımını yaklaĢık olarak yansıdır. Weibull faktörü yaklaĢık olarak 2’dir
ve bu yüzden Rayleigh dağılımı daha az bir doğruluk olarak kullanılabi-
lir, fakat daha basit modeldir.
Büyük gücün daha büyük rüzgâr hızı tarafından üretildiğinden
dolayı, enerjinin çoğu kısa bir anda ortaya çıkar. 2002 Lee Ranch tasla-
ğı, kullanılabilir enerjinin yarısına henüz iĢlem zamanını %15’inde ula-
Ģıldığını söylüyor. Sonuç, belli bir türbindeki veya rüzgâr tarlasındaki
rüzgâr enerjisi, yakıt santrallerindeki gibi sürekli değildir.
Rüzgâr gücü üretme, daha tutarlı, çeĢitli teknolojilerin mevcudi-
yetine ve geliĢmiĢ yöntemlere ihtiyaç duyar. Özellikle rüzgâr tarlalarında
üretilecek enerjinin dağıtılması için daha güçlü bölgesel iletim hatlarının
kullanılması gerekir. ÇeĢitli problemler, Ģebeke enerji depolama, pil,
enerji talep yönetimi tarafından meydana gelir.
3. Rüzgar Türbinleri
Rüzgâr türbini, rüzgârdaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye
daha sonra da elektrik enerjisine dönüĢtüren sistemdir. Bir rüzgâr türbini
genel olarak kule, jeneratör, hız dönüĢtürücüleri (diĢli kutusu), elektrik-
elektronik elemanlar ve pervaneden oluĢur. Rüzgârın kinetik enerjisi ro-
torda mekanik enerjiye çevrilir. Rotor milinin devir hareketi hızlandırıla-
rak gövdedeki jeneratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik ener-
jisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya doğrudan alıcılara ulaĢtırılır.
Rüzgâr türbinlerinin nasıl çalıĢtığını anlamak için iki önemli ae-
rodinamik kuvvet iyi bilinmelidir. Bunlar sürükleme ve kaldırma kuvvet-
leridir.
Sürükleme kuvveti, cisim üzerinde akıĢ yönünde meydana gelen
bir kuvvettir. Örneğin düz bir plaka üzerinde meydana gelebilecek mak-
simum sürükleme kuvveti hava akıĢının cisim üzerine 90o dik geldiği
durumda iken; minimum sürükleme kuvveti ise hava akıĢı cismin yüze-
yine paralel iken meydana gelir.
8
9. Kaldırma kuvveti ise, akıĢ yönüne dik olarak meydana gelen bir
kuvvettir. Uçakların yerden havalanmasına da bu kuvvet sebep olduğu
için kaldırma kuvveti olarak adlandırılmıĢtır.
Sürükleme kuvvetine en iyi örnek olarak paraĢüt verilebilir. Bu
kuvvet sayesinde paraĢütün hızı kesilmektedir. Sürükleme kuvvetinin
etkilerini minimuma indirebilmek için yapılmıĢ özel cisimlere akıĢ hatlı
(streamlined) cisimler denir. Bu cisimlere örnek olarak elips, balıklar,
zeplin verilebilir.
Düz bir plaka üzerine etkiyen kaldırma kuvveti, hava akıĢı plaka
yüzeyine 0o açı ile geldiğinde görülür. Havanın akıĢ yönüne göre mey-
dana gelen küçük açılarda akıĢ Ģiddetinin artmasıyla düĢük basınçlı böl-
geler meydana gelir. Bu bölgelere akıĢ altı da denir. Dolayısıyla, hava
akıĢ hızı ile basınç arasında bir iliĢki meydana gelmiĢ olur. Yani hava
akıĢı hızlandıkça basınç düĢer, hava akıĢı yavaĢladıkça basınç artar. Bu
olaya Bernoulli etkisi denir. Kaldırma kuvveti de cismin üzerinde emme
veya çekme meydana getirir.
3.1. Rüzgar Türbinlerinin Sınıflandırılması
Kullanımdaki rüzgâr türbinleri boyut ve tip olarak çok çeĢitlilik
gösterse de genelde dönme eksenine göre sınıflandırılır. Rüzgâr türbinle-
ri dönme eksenine göre "Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri" (YERT) ve
"DüĢey Eksenli Rüzgâr Türbinleri” (DERT) olmak üzere iki sınıfa ayrı-
lır.
3.1.1. Yatay Eksenli Türbinler
Bu tip türbinlerde dönme ekseni rüzgâr yönüne paraleldir. Kanat-
ları ise rüzgâr yönüyle dik açı yaparlar. Ticari türbinler genellikle yatay
eksenlidir. Rotor, rüzgârı en iyi alacak Ģekilde, döner bir tabla üzerine
yerleĢtirilmiĢtir.
Yatay eksenli türbinlerin çoğu, rüzgârı önden alacak Ģekilde tasar-
lanır. Rüzgârı arkadan alan türbinlerin yaygın bir kullanım yeri yoktur.
Rüzgârı önden alan türbinlerin iyi tarafı, kulenin oluĢturduğu rüzgâr göl-
gelenmesinden etkilenmemesidir. Kötü tarafı ise, türbinin sürekli rüzgâra
bakması için dümen sisteminin yapılmasıdır.
9
10. Yatay eksenli türbinlere örnek olarak pervane tipi rüzgâr türbinleri
verilebilir. Bu tip türbinlerin kanatları tek parça olabileceği gibi iki ve
daha fazla parçadan da oluĢabilir. Günümüzde en çok kullanılan tip üç
kanatlı olanlardır. Bu türbinler elektrik üretmek için kullanılır. GeçmiĢte
çok kanatlı türbinler tahıl öğütmek, su pompalamak ve ağaç kesmek için
kullanılmıĢtır.
3.1.2. Düşey Eksenli Türbinler
Türbin mili düĢeydir ve rüzgârın geliĢ yönüne diktir. Savonius tipi,
Darrieus tipi gibi çeĢitleri vardır. Daha çok deney amaçlı üretilmiĢtir.
Ticari kullanımı çok azdır.
Bu türbinlerin üstünlükleri Ģöyle sıralanabilir:
Jeneratör ve diĢli kutusu yere yerleĢtirildiği için, türbini kule üze-
rine yerleĢtirmek gerekmez, böylece kule masrafı olmaz.
Türbini rüzgâr yönüne çevirmeye, dolayısıyla dümen sistemine ih-
tiyaç yoktur.
Türbin mili hariç diğer parçaların bakım ve onarımı kolaydır.
Elde edilen güç toprak seviyesinde çıktığından, nakledilmesi daha
kolaydır.
Sakıncaları ise Ģöyledir:
Yere yakın oldukları için alt noktalardaki rüzgâr hızları düĢüktür.
Verimi düĢüktür.
ÇalıĢmaya baĢlaması için bir motor tarafından ilk hareketin veril-
mesi gerekir, bu yüzden ilk hareket motoruna ihtiyacı vardır.
Ayakta durabilmesi için tellerle yere sabitlenmesi gerekir, bu da
pek pratik değildir.
Türbin mili yataklarının değiĢmesi gerektiğinde, makinenin ta-
mamının yere yatırılması gerekir.
3.1.3. Darrieus Tipi
Darrieus tipi düĢey eksenli rüzgâr türbininde, düĢey Ģekilde yer-
leĢtirilmiĢ iki tane kanat vardır. Kanatlar, yaklaĢık olarak türbin mili
uzun eksenli olan bir elips oluĢturacak biçimde yerleĢtirilmiĢtir. Kanatla-
rın içbükey ve dıĢbükey yüzeyleri arasındaki çekme kuvveti farkı nede-
niyle dönme hareketi oluĢur. Yapısı gereği Darrieus tipi rüzgâr türbinle-
10
11. rinde, devir baĢına iki kere en yüksek tork elde edilir. Rüzgârın tek yön-
den estiği düĢünülürse; türbinin verdiği güç, sinüs Ģeklinde bir eğri oluĢ-
turur.
3.1.4. Savonius Tipi
Savonius türbinleri, iki ya da üç adet kepçeye benzer kesitin bir-
leĢimi Ģeklindedir. En yaygını iki adet kepçenin bulunduğu durumdur ve
“S” Ģeklini andıran bir görüntüsü vardır. Savonius türbininde akıĢkan
içbükey kanat üzerinde türbülanslı bir yol izler ve burada dönel akıĢlar
meydana gelir. Bu dönel akıĢlar Savonius türbininin performansını düĢü-
rür, bu nedenle elektrik üretiminde pek fazla kullanılmazlar. Daha çok su
pompalama amaçlı ve rüzgâr ölçümlerinde kullanılan anemometre olarak
kullanılırlar.
3.2. Rüzgâr gücü hesabı
Rüzgâr gücü mümkün rüzgâr enerjisinin bir ölçümüdür. Rüzgâr,
gücü rüzgâr hızının kübünün bir fonksiyonudur. Eğer rüzgâr hızı iki mis-
line çıkarsa rüzgârdaki enerji sekiz faktörü ile artar. Bunun anlamı Ģudur;
rüzgâr hızındaki küçük değiĢiklikler rüzgâr enerjisinde büyük değiĢiklik-
lere 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 olabil-
mektedir. Bu nedenle, rüzgâr türbini satın almadan önce, doğru ve sürek-
li bir rüzgâr çalıĢması yapılmalıdır. Ekonomik olarak uygulanabilir ol-
ması için, bir rüzgâr türbini kurulacak yerde yıllık ortalama en az 5.4 m/s
(12 mph) rüzgâr hızı olmalıdır.
3.2.1. Rüzgârdaki Mümkün Güç Miktarı
W = 0.5 r A v3 eĢitliği ile verilir.
W: güç/enerji
r: hava yoğunluğu
11
12. A: kanat alanı
v: rüzgâr hızı
Hava yoğunluğu yükseklikle, sıcaklıkla ve hava cepheleri ile de-
ğiĢir. Rüzgâr gücü hesaplamalarında, hava cephelerinin etkisi önemsen-
meyecek kadar küçüktür, böylece hava yoğunluğu formülü Ģöyledir:
P = 1.325 P/T T: Fahrenheit + 459.69 olarak sıcaklık P: Yüksek-
liğe göre düzeltilmiĢ Mercury basıncı (inch)
Tipik ortalama hava sıcaklığı (59 °F) deniz seviyesine indirgene-
rek hava yoğunluğu için bir standart değer kullanılabilir. Bu durumda
güç eĢitliği basit olarak aĢağıdaki hale gelir:
BasitleĢtirilmiĢ Güç EĢitliği
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)
BasitleĢtirilmiĢ güç eĢitliği denklemi, rüzgâr türbinlerinden elde
edilecek gücün ampirik olarak hesaplanabilmesi için türetilmiĢtir. Bu
denklemden anlaĢılabileceği gibi, bir sistemden elde edilecek enerji, rüz-
gâr hızının kübü ile doğru orantılıdır. Ayrıca elde edilecek güç, rüzgâr
türbin kanatlarının süpürdüğü alan dolayısıyla rotor yarıçapının karesi ile
orantılıdır.
4. Elektrik Üretimi
Bir rüzgâr tarlasındaki türbinler orta gerilimle güç toplama siste-
mi ve iletiĢim ağına bağlıdır (daha çok 34,5 kV). Alt istasyondaki, bu
12
13. orta gerilim elektriksel akımı yüksek gerilim elektrik iletim hattı sistemi-
ne bağlanması için bir transformatör yardımı ile arttırılır.
4.1. Şebeke Yönetimi
Rüzgâr gücü için sıklıkla kullanılan indiksiyon generatörler,
ikazlama için reaktif güce ihtiyaç duyarlar. Bu yüzden, güç faktörü dü-
zeltme için sağlam kondansatör bankalarını içeren rüzgâr güç düzeltme
sistemlerinde Ģalt sahasına ihtiyaç vardır. Rüzgâr türbin generatörlerinin
farklı türleri, Ģebekeye iletim esnasında farklı davranır. Bu yüzden, yeni
bir rüzgâr tarlasının dinamik elektromekanik karakteristiğinin kapsamlı
modellemesi, iletim sistemi oparatörlerinin, oluĢabilecek sistem hataları-
nı tamir edebilmesi ve dengeli davranıĢ göstermesi sağlaması için, gerek-
lidir.
Özellikle indiksiyon generatörler, buhar ve hidrolik türbin senkron
generatörlerin aksine, hata esnasında sistem gerilimini desteklemezler.
Çift beslemeli elektrik makineleri -rüzgâr türbinleri ve türbin generatörü
ile toplayıcı sistem arasındaki katı hal dönüĢtürücüleri- Ģebeke bağlantısı
için daha çok tercih edilen özelliklere sahiptir. Ġletim sistemi operatörle-
ri, sisteme bağlantıyı sağlayan gereçleri belirlemek için Ģebeke koduna
sahip bir rüzgâr tarla geliĢtiricisi ile bağlantı kurmalıdır. Bu gereçler, güç
faktörü, sabit frekans ve sistem hataları esnasındaki rüzgâr türbinlerinin
dinamik davranıĢlarını içerir.
4.2. Kapasite Faktörü
Rüzgâr hızının sabit olmadığından dolayı, rüzgâr tarlasının yıllık
enerji üretimi, generatör üzerindeki etikete yazılan saatlik değerlerin bir
yıldaki toplam saatle çarpılması sonucu çıkan değer ile hiçbir zaman ay-
nı olmaz. Bir yıldaki gerçek üretim değeri teorik olarak maksimum değer
olan kapasite faktörü olarak adlandırılır. Tipik olarak kapasite faktörü
%20 ile 40 arasındadır. Örneğin, kapasite faktörü %35 olan 1 MW’lık bir
türbin, yılda 8760 MWh (1*24*365) üretmez. Sadece 1*0,35*24*365=
3066 MWh üretir.
13
14. Yakıt santrallerinin aksine kapasite faktörü rüzgârın doğal özelli-
ğiyle sınırlıdır. Diğer tür güç santrallerin kapasite faktörü, daha çok yakıt
maliyetine dayalıdır. Küçük bir miktarı bakım masraflarını oluĢturur.
Nükleer santrallerin yakıt maliyeti düĢüktür ve bu yüzden %90 gibi bir
verim ile çalıĢır. Yakıt olarak doğal gaz kullanan gaz türbini iĢletim için
çok pahalıdır ve sadece enerji ihtiyacının en yoğun olduğu zaman çalıĢtı-
rılır. Bir gaz türbin santralinin yıllık kapasite faktörü, yüksek enerji üre-
tim maliyetinden dolayı %5 ile %25 arasındadır.
4.3. Etki
Rüzgâr enerji “etki”si, rüzgâr tarafından üretilen enerjinin,
generatörün kullanılabilir toplam kapasitesi ile karĢılaĢtırılmasıdır.
Genellikle rüzgâr etkisinin “maksimum” seviyede olduğu kabul
edilir. Belirli Ģebekedeki sınır var olan üretim santrallerine, mekanizma-
ların fiyatına, arz-talep yönetimine için verime ve diğer faktörlere bağlı-
dır. Bağlı bir elektrik Ģebekesi, donanım baĢarısızlıkları için zaten ters
besleme ve iletim verimini içerir. Bu ters verim, rüzgâr santrallerinde
üretilen gücü düzene koymaya da yardımcı olabilir. ÇalıĢmalar tüketilen
toplam elektrik enerjisinin %20'sinin en az zorlukla birleĢtirilebileceğini
gösterdi. Bu çalıĢmalar çoğrafik olarak çeĢitli yerlerdeki rüzgâr tarlala-
rında, kullanılabilir enerjinin bir kısmında, arz-talep yönetiminde, büyük
Ģebeke alanlarında yapıldı. Bunlardan baĢka birkaç tekniksel sınırlama
da vardır. Fakat ekonomik dengesizlikler daha da önem arzediyor.
ġu anda, birkaç Ģebeke sistemindeki rüzgâr enerjisinin etkisi %5'in
üzerindedir: Danimarka (%19'un üzerinde), Ġspanya ve Portekiz (%11'in
üzerinde), Almanya ve Ġrlanda Cumhuriyeti (%6'nın üzerinde). Örneğin,
8 Kasım 2009'un sabah saatlerinde, Ġspanya'daki elektrik arzında, ülke-
nin elektriğinin yarıdan fazlası rüzgâr enerjisinden sağlandı. Bu durum
Ģebekede hiçbir sorun teĢkil etmedi.
Danimarka Ģebekesi, Avrupa Ģebekesiyle büyük oranda bağlantı-
lıdır. Rüzgâr gücünün yarıdan fazlasını Norveç'e göndererek Ģebeke yö-
netimi problemlerini çözmüĢ oldu. Elektrik gönderimi ve rüzgâr gücü
arasındaki iliĢki çok sıkıdır.
14
15. 4.4. Kesintiler ve Etki Sınırları
Rüzgâr gücünden üretilen elektrik, birkaç farklı zaman aralığında,
saatlik, günlük ve mevsimlik olarak yüksek oranda değiĢebilir. Yıllık
değiĢim de vardır. DeğiĢim rüzgâr santral çıkıĢının predictability nin sa-
atlik veya günlük kısaltmasıyla ifade edilir. Diğer elektrik kaynakları
gibi rüzgâr enerjisi “tarife”lendirilmelidir. Rüzgâr gücünde tahmini yön-
temler kullanılır. Fakat rüzgâr santral çıkıĢının predictability kısaltma
iĢleminde düĢük kalır.
Çünkü ani elektrik üretim ve tüketimi, Ģebeke kararlılığını koru-
ması için dengede kalmalıdır. Bu değiĢim dayanıklılığı, sağlanabilir Ģe-
bekedeki rüzgâr gücünün büyük oranlardaki değiĢimlerine karĢı koyabi-
lir.
5. Rüzgar Tarlaları
Rüzgâr tarlası, elektrik üretimi için kullanılan ve aynı yerde bu-
lunan rüzgâr türbinleri grubudur. Özel türbinler orta gerilim (genellikle
34,5 kV) güç sistemine ve ağ Ģebekesine bağlanır. Elektrik Ģebekesinin
orta gerilimdeki elektrik akımını bir transformatör yardımıyla yüksek
gerilim iletim hattına bağlar.
Ġspanya, Danimarka ve Almanya Avrupa'nın önde gelen rüzgâr
enerji üreticileridir. Büyük rüzgâr tarlası, birkaç düzineden yüzlerce özel
rüzgâr türbinlerine kadar çok sayıda türbin içerir. Bunlar yüzlerce kilo-
metrekare alanı kaplar. Türbinlerin arasındaki toprak tarım ve diğer
amaçlar için kullanılabilir. Rüzgâr tarlası, okyanustan veya denizden
esen güçlü rüzgârların sağladığı avantajdan dolayı açık alanlara yapılır.
Dünyadaki ilk rüzgâr tarlası, Aralık 1980'de, Amerika BirleĢik
Devletleri, New Hampshire eyaletinin güneyindeki Çatallı dağında her
biri 30 KW olan 20 rüzgâr türbininden yapıldı.
Teksas'daki Roscoe rüzgâr tarlası 780 MW'lık gücüyle Ģu an için
dünyanın en büyük rüzgâr tarlasıdır.
5.1. Yer Planı
Rüzgâr Güç Yoğunluğu (RGY) olarak adlandırılan bir nicelik,
rüzgâr enerji geliĢimindeki konumları seçmek için kullanılır. RGY, belir-
li bir yerdeki rüzgârın etkin kuvvetinin hesabıyla ilgilidir. Genellikle bir
15
16. zaman periyodundaki toprak seviyesinin üstündeki yüksekliği ifade eden
terimdir. Hesaba hız ve kütle olarak alınır. Renk kodlu haritalar, belirli
bir alan tanımlama için hazırlanır. Örneğin, "50 metredeki Ortalama Yıl-
lık Güç Yoğunluğu." Yukarıdaki hesabın sonuçları Ulusal Yenilenebilir
Enerji Laboratuvarı tarafından geliĢtirilen içerikte kullanılır ve "NREL
CLASS" olarak ifade edilir. Daha büyük RGY hesabı sınıf tarafından
daha yüksekte orantılanır.
Rüzgâr tarlasının yeri, zengin doğal yaĢam alanı veya yol yapımı-
na uygun yerler gibi çevresel hassasiyetli veya kıymetli olduğunda dola-
yı daha fazla tartıĢmaya neden olabilir. Bu alanlar gürültü endiĢesi ve her
hangi bir aksilik olabileceğinden dolayı yerleĢim yerleri dıĢında yapılır.
5.2. Yükseklik
Alçak basınç etkisinden dolayı yükseklerde rüzgâr daha hızlı eser.
Yükseklikteki hız artıĢı, yüzeye yakınında daha tesirlidir. Arazi, yüzey
engebeliği, ağaç ve yapılar gibi rüzgârı engelleyen Ģeyler tarafından etki-
lenir.
5.3. Rüzgâr park etkisi
"Rüzgâr park etkisi", türbinler arasındaki karĢılıklı engelden dolayı
çıkıĢ kaybını ifade eder. Rüzgâr tarlaları birçok türbinden oluĢur ve her
biri rüzgâr enerjisinin birazını yutar. Alan elveriĢli olduğunda, kayıpları
en aza indirmek için türbinler, kuvvetli rüzgârda rotor çapının beĢte üçü
kadar bir boĢlukla dik Ģekilde, rüzgâr kuvvetinin yönünde ise rotor çapı-
nın onda beĢi kadar açıklıkla yerleĢtirilir. Kayıt toplam kurulu gücün
%2'si kadar olabilir.
Büyük rüzgâr parkında, her bir rotor arasındaki etkinin
"multifractal" olduğundan dolayı, türbinlerin Kolmogorov düzensizli-
ğindeki davranıĢta önemli derecede sapma görülür.
5.4. Çevresel ve Estetik Etkiler
Rüzgâr gücünün çevresel etkileri ile geleneksel enerji kaynakları-
nın çevresel etkilerini karĢılaĢtırma göreceli olarak benzerdir. Rüzgâr
gücü, fosil yakıt güç kaynakları gibi yakıt tüketmez ve hava kirliliği
yapmaz.
16
17. KuĢ ve yarasa tehlikesi birçok bölgede endiĢeye sebep olmaktadır.
Bazı kuĢlar, insanların temiz olmayan güç kaynaklarını kullanmalarından
dolayı neden olduğu kuĢ ölümleriyle, rüzgâr türbinlerinden dolayı ölen-
ler karĢılaĢtırıldığında, ikincisinin çok az bir etkisi vardır. Rüzgâr tarlala-
rının yeri ile ilgili anlaĢmazlık çok büyük sorundur.
Estetik etkiler de bazı alanlarda sorun teĢkil ediyor.
5.5. Güç şebekesindeki etki
Uygun ölçekli rüzgâr tarlaları, iletim hatlarına enerji dönüĢümü
yapılarak aktarılmalıdır. Rüzgâr tarla geliĢtiricisi, teknik standartları kar-
Ģılaması için rüzgâr tarlasına ek teçhizat veya kumanda sistemlerini kur-
makla yükümlü hale getirilmelidir. Rüzgâr tarlası kuran Ģirket veya kiĢi
üretilen gücü iletim hatları vasıtasıyla satabilmelidir.
6. Türbin Yerleşimi
Rüzgâr türbin yerlerinin iyi tesbit edilmesi rüzgâr gücünün eko-
nomik kullanılması açısından kritik önem taĢır. Rüzgârın kendi kullanı-
labilirliği bir tarafa, iletim hatlarının kullanılabilirliği, üretilen enerjinin
değeri, bulunduğu yerin bedeli, yapıma ve iĢleme çevrenin vereceği tep-
kiler gibi diğer faktörlerde göz önüne alınmalıdır. Denizdeki yerleĢimler,
yapıları daha büyük inĢa ederek, daha fazla yıllık yük faktörlerinin geti-
risiyle maliyeti dengeleyebilir. Rüzgâr tarla tasarımcıları, belirli bir rüz-
gâr tarlası tasarımında, bu tür sorunların tesirlerini tesbit etmek için özel
rüzgâr enerji yazılımı kullanır.
Rüzgâr güç yoğunluğu (WPD), belirli bir yerdeki rüzgârın etkin
güçünün hesabıdır. Rüzgâr güç yoğunluğunun dağılımını gösteren bir
harita, rüzgâr türbinleri uygun olarak yerleĢtirmek için baĢvurulacak ilk
adımdır. Bir yerde ne kadar büyük WPD varsa, sınıflandırma o derece
büyük olur. Rüzgâr gücünün 3’den ( 50 m’lik rakımda 300–400W/m2 )
7’ye (50 m’lik rakımda 800–2000 W/m2) kadar olan sınıflandırmalarda
genellikle rüzgâr güç 17rtırımı için uygunluk göz önünde bulundurulur.
17
18. 6.1. Türbin Yerleşim Türleri
6.1.1. Karada
Karadaki (onshore) türbinler tepe veya dağlı bölgelerde, genellik-
le sahilden üç veya daha fazla kilometre uzaklıkta sırtlarda kurulur. Bu,
bir sırttaki rüzgâr ivmesi olarak oluĢabilecek yersel (topografik) hızlan-
mayı kullanmak için yapılır. Bu yolla kazanılan ek rüzgâr hızı üretilen
enerjide önemli miktarda fark oluĢturur. Daha fazla eklenti, türbinlerin
yerlerini geniĢletilmesine değecek kadar olmalıdır. Çünkü 30 m.’lik bir
fark bazen çıkıĢta iki kat olarak yansır.
6.1.2. Sahilde
Sahildeki (nearshore) türbinler sahil hattının üç kilometre içinde
veya sahilden on kilometre içerde suda yapılır. Bu alanlar türbin inĢası
için iyi sahalardır. Çünkü kara ve denizin ısı farklılıklarından dolayı rüz-
gârın gücünden daha iyi faydalanılır. Bu bölgelerdeki rüzgâr hızları, es-
me yönüne bağlı olarak, hem karadakinin hem de denizdeki rüzgar per-
vanelerinin karakteristik özelliklerini taĢır.
6.1.3. Denizde
Denizdeki (offshore) rüzgâr üretim bölgeleri genellikle karadan on
veya daha fazla kilometre uzaktadır. Denizdeki rüzgâr türbinleri karada-
kilerden daha az sıkıntılıdır. Çünkü suyun yüzey pürüzsüzlüğü karada-
kinden daha fazladır (özellikle derin sularda). Ortalama rüzgâr hızı ge-
nellikle açık sularda oldukça fazladır. Kapasite faktörleri karadakinden
ve sahildekinden daha büyüktür.
Büyük rüzgâr türbin parçalarını (kuleler, motor yerleri (nacelles) ve
kanatlar (blades)) taĢıma, karadakine nazaran daha kolaydır. Çünkü ge-
miler ve mavnalar, bu türlü devasa parçaları, kamyon/TIR veya trenden
daha kolay taĢır. Karada büyük yük taĢıtları otoyol virajlarında, türbinin
maksimum uzunluğu yolun bu kısmı dikkate alınarak üretilmelidir. Fakat
açık denizde böyle bir sorun yoktur.
Denizdeki rüzgâr türbinleri, yapı itibariyle muhtemelen en büyük
ebatta kalacaklardır. Türbin tarlaları denizde türbinden oluĢabilir.
18
19. 6.1.3.1. Zemin Etütlü, Temel Altyapı Kule Teknolojileri
Kıtasal sığ alanlarda, su 40 m.’den daha derin değildir. 4. Kategori
veya daha büyük fırtınalar hariç bu alanlar rüzgârlıdır. Zemin etütlü tür-
binler Ģu an kurulum için idealdir.
6.1.3.2. Su Altı, Yüzen Türbin Teknolojileri
Yeni su altı, yüzen türbin teknolojileri henüz yeni yeni yaygınlaĢ-
maya baĢladı. Ġlk büyük kapasiteli yüzen rüzgâr türbini, 2,3 MW’lık, 120
m. Yüksekliğinde kuleye sahip, 220 metre su altında yapısı olan Kuzey
Denizi açıklarında, Norveç, Stavanger’dedir. 2 yıllığına test edilecek.
Unite 2009’un yazında inĢa edildi ve 2009 Kasım ayında faaliyete geçti.
6.1.4. Havada
Uçan rüzgâr türbinleri kule masraflarından muaftır ve yüksek hız-
larda, yüksek irtifada uçabilirler. Çoğu sistemler ticari amaçlı değildir.
7. Dünyadaki Durum
Rüzgâr Gücü, dünyada kullanımı en çok artan yenilenebilir enerji
kaynaklarından biri haline gelmiĢtir. Günümüzde dünyadaki kullanım
oranının çok düĢük olmasına karĢılık, 2020 yılında dünya elektrik talebi-
nin %12'sinin rüzgâr enerjisinden karĢılanması için çalıĢmalar yapılmak-
tadır.
Günümüzde rüzgâr enerjisinden üretilen toplam güç 159.213
MW civarındadır. Dünya'da rüzgârdan enerji üretiminin %36,3'ü Al-
manya'da gerçekleĢtirilmektedir. Almanya toplamda 14.612 MW güç
üretmektedir ve Almanya'nın elektrik enerjisi ihtiyacının % 5,6'sını kar-
Ģılamaktadır. Rüzgâr gücünden en çok yararlanan diğer ülkeler sırasıyla
Ġspanya, ABD, Danimarka, Hindistan, Hollanda, Ġtalya, Japonya, Birle-
Ģik Krallık ve Çin'dir. Diğer tüm ülkeler toplamda 3.756 MW'lık güç
üretimi ile % 9,3 paya sahiptirler.
2009 itibariyle %48'lik bölümü Avrupa'da olan 157.899 MW'lık
toplam kurulu güç kapasitesi vardır. Bu güç, binlerce rüzgâr türbininden
üretiliyor. Dünyada rüzgâr üretim kapasitesi 2000 ile 2006 yılları arasın-
19
20. da dört kattan daha fazla arttı. Kurulu rüzgâr gücünün %81'i BirleĢik
Devletler ve Avrupa'dadır. En büyük üretici olan beĢ ülkenin 2004'de
%71'lik, 2006'da %62'lik ve 2008'de %73'lük payları vardır. Bu ülkeler;
BirleĢik Devletler, Almanya, Ġspanya, Çin ve Hindistan'dır.
Dünya Rüzgâr Enerji Birliği, dünya çapında 2006 sonunda 73,9
GW olan kurulu gücün, 2010 itibariyle 160 GW olacağını bekliyor. Bu
da yıllık %21'lik bir artıĢ demek oluyor. Danimarka'da üretilen elektriğin
hemen hemen beĢte biri rüzgârdan sağlanıyor -diğer ülkelerden en
yüksekdir-. Dünyada toplam rüzgâr güç üretiminde onuncudur. Dani-
marka imalat göze çarpan ülkedir. 1970'lerde rüzgâr türbinlerini kullan-
maya baĢladı.
Son yıllarda BirleĢik Devletler Ģebekesine, güç kapasitesini
2007'de %45 arttırarak 16,8 GW'lık enerjiyi Ģebekesine ekleyerek, Al-
manya'nın 2008'deki kurulu gücünü geride bıraktı. Böylece diğer ülke-
lerden daha fazla rüzgâr enerjisini Ģebekesine eklemiĢ oldu. Kaliforniya,
modern rüzgâr güç endüstrisinde patlama gösterenlerden birisidir. Kuru-
lu güçte birçok yıl BirleĢik Devletlere önderlik yaptı. Ta ki 2006'nın so-
nunda Teksas liderliği eline alıncaya kadar. 2008 sonunda 7.116 MW'lık
kurulu gücü vardır. Bu da eğer ülkeden ayrı olarak düĢünürsek dünyada
altıncı sıraydı. BirleĢik Devletler rüzgâr güç üretiminde ġubat 2006'dan
ġubat 2007'ye kadar %31,8 büyüdü. Ortalama bir MW'lık rüzgâr gücü,
yaklaĢık 250 Amerikan hanesinin elektrik tüketimine eĢittir. Amerika
Rüzgâr Enerji Birliği kayıtlarına göre 2008'de rüzgârdan elde edilen
elektrik %1'lik haneyi (4,5 milyon haneye eĢdeğerdir) kaplıyorken,
1999'da sadece %0,1'lik haneyi kaplıyordu.
Çin 2020'deki yenilenebilir enerji kaynaklarındaki üretim hede-
fini 30.000 MW olarak açıkladı. Fakat 2009 sonu itibariyle 22.500 MW'a
ulaĢtı ve böyle giderse 2010 sonu itibariyle 30.000 MW'ı geçmesi hiçte
zor değil. 2020'de öngörülen değer 253.000 MW'ı aĢacak gibi. Çin yeni-
lenebilir enerji kanunu Kasım 2004'de kabul edildi. Ardından Dünya
Rüzgâr Enerji Konferansı Çin tarafından düzenlendi ve Dünya Rüzgâr
Enerji Birliğine katıldı. 2008'de rüzgâr gücü hükümetin planladığından
ve diğer büyük ülkelerden daha hızlı büyüdü. 2005'den itibaren her yıl
iki kattan daha fazla artıĢ gösterdi. 2010 itibariyle öngörülen kurulu ka-
pasite 20 GW'a yakındır.
Hindistan, 2009 yılında 10.925 MW'lık toplam rüzgâr güç kapa-
sitesiyle dünyanın beĢinci büyük ülkesiydi. Bu da, Hindistan'da üretilen
20
21. toplam elektriğin %3'üne denk geliyor. Kasım 2006'da Yeni Delhi'deki
Dünya Rüzgâr gücü Konferansı, Hindistan rüzgâr güç endüstrisine ek
ivme kazandırdı. Tamil Nadu Ģehrinin Muppandal köyü yakınlarında
birkaç rüzgâr türbin tarlası vardır ve burası Hindistan'daki büyük rüzgâr
enerji merkezlerinden biridir.
Meksika, tüketilen fosil yakıtlarının azaltmaya yönelik olarak son
zamanlarda La Venta II rüzgâr güç projesini baĢlattı. 88 MW'lık proje
Meksika'nın ilk rüzgâr üretim giriĢimidir ve Oaxaca Ģehrinin elektrik ih-
tiyacının %13'ünü karĢılayacak. 2012'de proje 3.500 MW'a çıkacak.
Sempra Enerji, Baja Kaliforniya'da en az 1000 MW'lık bir projeyi 5,5
milyar dolarlık maliyetle gerçekleĢtireceğini duyurdu.
Büyüyen diğer pazar Brezilya, 143 GW'lık potansiyele sahip rüz-
gâr gücü bulunuyor.
Güney Africa, Olifants Nehri açıklarının kuzeyindeki Koekenaap
kasabasının yakınında Batı Cape Ģehrindeki Vredental'ın doğusunda Batı
Sahilinde bir istasyon kurdu. Toplam çıkıĢ gücü 100 MW'tır. Bu kapasi-
teyi ikiye katlamak için görüĢmeler yapılıyor.
Fransa, 2010 itibariyle 12.500 MW kurulu güce sahip olmayı he-
defliyor.
Kanada rüzgâr kapasitesini 2000 ile 2006 arasında hızlı bir Ģekli-
de arttırarak 137 MW'dan 1451 MW'a çıkarttı. Bu da yıllık %38'lik bir
büyümeye denk geliyor. Özellikle en hızlı büyüme 2006'da görülerek
2005 sonundaki 684 MW'lık üretimi ikiye katladı. Bu büyüme, yükleme
hedefleri ekonomik teĢvik ve politik destekle beraber beslendi. Örneğin,
Ontario eyaleti rüzgâr gücü için vergi indirimine gitti.
21