Rüzgar Türbinleri Nasıl Çalışır?

Yaklaşık 100 yılı aşkın süredir günlük ihtiyaçlar ve elektrik üretimi için kullanılan rüzgar enerjisi, günümüzde gelişen teknoloji ile birlikte modern rüzgar türbinleri aracılığıyla karbon salınımı olmayan, doğaya zarar vermeyen temiz elektrik üretiminde kullanılır. Peki modern rüzgar türbinlerinin yapısı nasıldır? Nasıl çalışırlar? Sadece dönen bir pervaneden mi ibarettir? Cevabı ve daha fazlası yazımızın devamında.

A- A+

14.09.2019 tarihli yazı 26538 kez okunmuştur.

Rüzgar enerjisi diğer yenilenebilir enerji kaynakları gibi elektrik üretiminde yoğun şekilde kullanılır. Fosil yakıtlar gibi tükenme sorunu olmayan rüzgar enerjisi, modern türbinler ile temiz elektrik üretimi sağlar. Gelişen teknoloji ile oldukça modern ve verimli tasarlanan rüzgar türbinleri saatte 10-20 kW mertebelerinden 5-6 MW’ a ulaşan miktarlarda elektrik üretimi gerçekleştirebilir.

►İlginizi Çekebilir: Rüzgar Türbinleri Neden 3 Kanatlıdır?

Rüzgar türbinlerini yapısal olarak inceleyecek olursak; temelde bir pervane, dişli kutusu, jeneratör ve diğer elektrik-elektronik aksanlardan oluşur.

Hava akımlarının sıcaklık farkları sonucu oluşan rüzgar, türbinde bulunan pervaneyi çevirecek kuvveti sağlayarak hareket enerjisi sağlar. Hareket enerjisi ise jeneratör yardımıyla elektrik enerjisine dönüştürülür.

Ayrıntısına bakacak olursak; türbinin ana parçalarından biri olan pervane çoğunlukla 3 kanattan oluşur. Her bir kanat tıpkı helikopter kanatlarına benzer şekilde özel kavislere sahiptir. Rüzgar kanatlara vurduğunda aerodinamik tasarımları gereği hareket etmeye, dönmeye başlarlar. Rüzgar şiddetine göre de hızlanır ya da yavaşlarlar. Pervaneler yatay ve dikey olarak 2 farklı şekilde tasarlanır. Ancak dikey pervaneler verimsiz çalıştıkları düşünülerek pek tercih edilmezler. Onların yerine daha çok yatay pervaneler kullanılır.

Türbinler rüzgardan daha çok yararlanmak adına yüksek yapılı olarak tasarlanır. Yaklaşık 80 metreyi uzunluğu bulan kule uzunlukları ve 90 metreyi bulabilen kanat çapları ile rüzgarın itme kuvvetine daha fazla maruz kalmaları planlanır.

►İlginizi Çekebilir: Rüzgar Enerjisi Snatrallerinde Reaktif Güç Kompanzasyonu

Rüzgar türbinlerinde pervanenin dönme hareketi sonucunda oluşan kinetik enerji türbinin diğer parçalarının bulunduğu makine yeri (nacella) kısmında elektriğe dönüştürülür. Pervanenin arka kısmında yer alan makine yerinde (nacella) dişli kutusu, jenaratör ve diğer aksanları yer alır. Pervanelerin dönme hareketi bir şaft (yavaş şaft) ile dişli kutusuna aktarılır. Şaft, jeneratörün elektrik üretmesi için gerekli yüksek devire sahip olmadığı için dişli kutusu ile yüksek devirlere çıkartılır (yaklaşık 1600 rpm). Dişli kutusundan çıkan yüksek devirli şaft jeneratöre bağlanır. Bunun sonucunda jeneratör kapasitesine ve şaftın devrine göre elektrik üretimi gerçekleştirilir.

Bunların yanında, pervanenin limitleri üzerinde dönmesi ve sonucunda türbine zarar vermesini engellemek adına, dişli kutusunun ön kısmında ya da dişli kutusu ile jeneratör arasında fren sistemleri bulunur. MW mertebelerinde kapasiteye sahip türbinlerin pervanelerinin genellikle 85 km/s hızının üstüne çıkması durumunda fren sistemi devreye girer.

►İlginizi Çekebilir: Hidroelektrik, Rüzgar ve Güneş Enerjisi Avantaj ve Dezavantajları

Makine yerinin (nacella) dış kısmında rüzgarın şiddetini ve yönünü anlık olarak ölçen sensör sistemleri bulunur. Sensörün yön ve şiddet bilgileri makine yerinin içinde bulunan elektronik sisteme aktarılır. Bu bilgilere göre de pervanenin yönü ve açısı rüzgarı tam karşısında alacak şekilde konumlandırılır.

Pervanelerin dönmesi sonucu, dönme hareketinin yapıldığı noktada iç tarafta bulunan kabloların birbirlerine dolanması durumunda pervanelere ters yönde manevra yaptırılarak karışıklıklar giderilir.
Jeneratörlerin ürettiği elektrik düşük gerilim seviyesinde olduğu için kablolar vasıtasıyla türbinin içindeki ya da yakınındaki gerilim yükseltici transformatörlere iletilir. Gerilim seviyesi yükseltilen elektrik ise elektrik şebekesine verilir.

Tek bir rüzgar türbininin kapasitesi 5-6 MWh’ e ulaşabilirken kapasite arttıkça pervane çapı ve kule boyu artmaktadır. Çok sayıda rüzgar türbini ile “rüzgar tarlası” oluşturulurken iki türbin arasında birbirlerinin rüzgarlarını kesmemek ve farklı mekanik aksaklıklara mahal vermemek için en az 2-3 pervane boyu mesafe bırakılır.

Verimlilik konusunu değerlendirecek olursak; rüzgar şiddetinin değişken oluşu ve güç aktarımı gibi etmenlerden ötürü rüzgar türbinlerinin verimi yaklaşık olarak %35-40 civarlarındadır.

Son olarak; rüzgar türbinlerin ya da rüzgar enerji santrallerinin yenilenebilir ve temiz enerji kullanması, yakıt maliyetinin olmaması ve dolayısıyla işletim maliyetlerinin düşük olması avantajları olarak ön plana çıkar. Ancak rüzgarın sürekli ve şiddetli olmaması, kurulum maliyetlerinin fazla olması, iyi rüzgar alan bölgelerin yerleşim birimlerine uzak olması sebebiyle elektrik iletim maliyetlerinin fazla oluşu ve gürültülü çalışması dezavantaj olarak karşımıza çıkar.

Rüzgar türbinlerinin çalışma prensiplerini görsel olarak incelemek isterseniz aşağıdaki videoyu izlemenizi tavsiye ederim.