Rüzgâr Türbini Nasıl Çalışır? Rüzgâr Gücünden Nasıl Elektrik Elde Edilir?

04.07.2022
Aydem yenilenebilir enerji porföyünde yer alan Rüzgar santrallerinin temsili görselidir. Görselde gökyüzüne uzanan beyaz renkte 3 rüzgar tirbününü, pervaneleri ile birlikte görülmektedir.

Rüzgâr türbini ile elektrik üretimi, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanım alanlarından biridir. Rüzgâr gücü kullanılarak sürdürülebilir enerji üretimi yapılabilir. 

Rüzgâr türbini, temelde rüzgârın itme gücü ile elde edilen mekanik enerjiyi (kinetik enerji), üreteçlere (generatör) yönlendirip elektrik enerjisine çevirir. Dünyada en çok tercih edilen yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgâr enerjisi, atmosfere sera gazı salmadan elektrik enerjisi üretilmesine imkân sağlar. Bu modern ve elektromekanik yel değirmenleri, rüzgârın kinetik enerjisini, elektrik enerjisine dönüştürmenin en kolay yollarından biridir. 

Sanayi devrimi ile birlikte ihtiyaç duyulan enerji miktarı katlanarak arttı. Günümüzde, ihtiyaç duyulan enerjiyi karşılamak için hâlâ fosil yakıtlar kullanılsa da yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı gün geçtikçe artıyor. 

Rüzgâr Enerjisi Nedir? 

Rüzgâr enerjisi, hava kütlelerinin ısı farkları sonucunda atmosferdeki hareketleri ile oluşur. Isınan hava kütleleri atmosferde yükselir. Boşalan yer, soğuk hava kütlesi ile dolar. Isı farkından doğan hareketler sürekli bir döngüye neden olur. Güneş enerjisinin %1-2 aralığındaki kısmı, atmosferde rüzgâr enerjisine dönüşür. Güneşin hava kütlelerini ısıtması, rüzgârın sürekliliğini sağlar. Rüzgâr enerjisinin üretimi için hammaddeye ihtiyaç yoktur. Çevreye herhangi bir zararı olmadığı için karbon nötr olarak nitelendirilir.  

Rüzgâr Gücünden Nasıl Elektrik Elde Edilir? 

Rüzgâr türbini, basit olarak bir rüzgâr gülü gibi çalışır. Rüzgârın sağladığı itme gücü ile bir pervane döndürülür ve mekanik enerji, açığa çıkar. Üreteçlere yönlendirilen mekanik enerji ile elektrik üretimi sağlanır. Rüzgâr türbinleri, verimliliği artırmak amacıyla birçok bileşenden oluşur. Genel olarak bir rüzgâr türbini; kule, pervane ve makine dairesi bölümünden oluşur. Üreteç, kontrol üniteleri ve millerden oluşan makine bölümü, kulenin üstünde bulunur. Pervaneden alınan mekanik enerji, bir mil yardımı ile makine bölümüne aktarılır.  

Rüzgâr türbinleri, basit bir çalışma mantığına sahip olsalar da yüksek miktarda elektrik üretimi yapabilir. İlk rüzgâr türbinlerinde üretim kapasitesi 20-30 kW aralığındayken, günümüzde kullanılan modern türbinler MW düzeyinde elektrik üretimi yapabilir. Elektrik üretiminde genellikle yatay eksenli rüzgâr türbini çeşitleri tercih edilir. Rüzgâr türbinlerinin, dikey eksenli ve eğik eksenli çeşitleri de bulunur. Ortalama kullanım ömrü 25 yıl civarıdır. Rüzgâr türbininin bulunduğu ortam, hava şartları ve üretim malzemesinin kalitesi; kullanım ömrünü belirleyen en önemli faktörlerdir. 

Rüzgâr Türbinleri ile Elektrik Üretimi Ne Zamandır Yapılıyor? 

Rüzgâr türbinleri ile elektrik üretimi sanıldığının aksine yeni bir yöntem değildir. İnsanlar yel değirmenleri kullanarak yüzyıllardır mekanik enerjiye hükmettiler. 1887 yılında İskoç Profesör James Blyth, rüzgâr enerjisini kullanarak elektrik üretebilen, günümüzdeki rüzgâr türbinlerinin atası olan ilk yel değirmenini inşa etti. 20. yüzyılın başında, rüzgâr tünellerinde yapılan araştırmalar, rüzgâr türbinlerinin gelişmesini sağladı. 

Rüzgâr türbinleri ile elektrik üretimi yapan ilk ülkelerden biri Danimarka’dır. 1970’lerde alternatif enerji kaynakları yönelen Danimarka, ilk modern rüzgâr türbinlerinin üretimine başlamıştır. 

1919 yılında Fizikçi Albert Betz’in araştırmaları, kütle ve enerji korunumu yasaları nedeniyle, rüzgârın kinetik enerjisinin en fazla %59,3 kadarının türbinlerde kullanabileceğini gösterdi. Modern türbin tasarımlarıyla, Betz yasasının belirlediği sınır %70-80 oranına yükseltilebilir. 

Rüzgâr Enerjisi Nasıl Depolanır? 

Rüzgâr enerjisi ile elektrik üretiminde her zaman aynı verim alınmayabilir. Rüzgârın şiddetindeki değişimler, üretim miktarını da etkiler. Rüzgâr şiddetinin fazla olduğu dönemlerde, üretecinin zarar görmemesi için, türbinler yavaşlatılır. Bazı dönemlerde ise düşük rüzgâr şiddeti, verimli elektrik üretimine imkân tanımayabilir. Rüzgâr şiddetinden dolayı oluşan, verimlilik farkını dengelemek için depolama yöntemlerinin kullanılması gerekir. Geliştirilen bazı yöntemlerle rüzgâr enerjisi depolanabilir. Günümüzde kullanılan rüzgâr enerjisi depolama sistemleri şu şekildedir. 

  • Hava torbaları: Suyun yaklaşık yarım kilometre altına yerleştirilen hava torbaları, gün boyunca toplanan rüzgâr enerjisini, verimin düştüğü zamanlarda kullanılması için depolar. Toplanan enerji gerekli durumlarda enerji türbinlerine yönlendirilir ve elektrik üretilir. 

  • Basınçlı hava sistemi: Yer üstüne kurulan tanklarda sıkıştırılan hava, verimin düştüğü zamanlarda doğalgaz ile birleştirilip, gaz yanma türbinleri ile elektriğe dönüştürülebilir.  

  • Okyanus yenilenebilir enerji sistemi: Açık denizlerde kullanılan rüzgâr türbinleri için geliştirilmiş bir sistemdir. Okyanus tabanına yerleştirilen beton kürelerden oluşur. Rüzgâr şiddetinin fazla olduğu zamanlarda, kürenin içindeki su boşaltılır. Verimin düştüğü dönemlerde ise küre tekrar doldurulurken elde edilen enerji ile elektrik üretilir. 

  • Hidrojen depolama sistemleri: Rüzgâr enerjisinden elde edilen elektriğin ihtiyaç fazlası, sudaki hidrojeni ayrıştıracak sistemlere yönlendirilir. Elde edilen hidrojen, daha sonra kullanılmak üzere depolarda saklanır. İhtiyaç duyulduğunda yakılarak elektrik enerjisi elde edilebilir. 

  • Akü ve piller: İhtiyaç fazlalığı olan elektrik, akü ve pil sistemleri ile depolanabilir. İhtiyaç duyulan durumlarda, şebekeye destek veya direkt kullanım için tercih edilebilir. 

Rüzgâr Enerjisinin Avantajları Nedir? 

  • Rüzgâr enerjisinin kullanımı, çevresel ve ekonomik avantajlara sahiptir. 

  • Geliştirilen yeni sistemlerin maliyetleri de düşüktür. 

  • Atmosferin etkileri ile oluştuğu için elde etmek için ayrıca bir işlem yapılması gerekmez. 

  • Rüzgârın mevcut olduğu her yerde, elektrik üretmek için kullanılabilir. 

  • Yenilenebilir bir kaynak olduğu için tükenmesi söz konusu değildir. 

  • Rüzgâr enerjisi ile elektrik üretimi, doğaya zarar vermeden, temiz enerji üretimine imkân sağlar. Karbon ayak izinin azaltılmasına yardımcı olur. 

  • Endüstriyel ve evsel kullanıma uygundur. 

  • Rüzgâr türbinlerinin bakım ve onarım maliyetleri düşüktür. 

  • Kurulum ve işletimi, diğer yöntemlere göre daha basittir. 

Ev Tipi Rüzgâr Enerjisi ile Elektrik Üretimi Nasıl Yapılır? 

Türkiye’de düzenlenen yönetmeliklerle, yenilenebilir kaynaklar kullanılarak 1 MW’a kadar elektrik üretimi lisanssız olarak yapılabilir. Gerekli şartlar sağlanırsa 5 MW’a kadar üretim için de izin alınabilir. İşletmeler ve ev kullanıcıları kendi rüzgâr enerjisi sistemlerini kurarak, elektrik ihtiyaçlarını karşılayabilir. Rüzgârın yeterince şiddetli estiği yerlerde, tek başına kullanılabilir. Güneş enerjisi sistemleri ile desteklenip hibrit sistemler de yapılabilir. Ev tipi rüzgâr enerjisi sistemlerinde üretilen güç bir evin genel ihtiyaçları için yeterlidir. Evde rüzgâr enerjisi ile verimli elektrik üretimi sağlanması için, sistemin rüzgâr hızının 10 m/s üstünde olan bölgelere kurulması önerilir. Kullanılacak batarya sistemleri ile depolama yapılabilir. İhtiyaç duyulduğunda, bataryalarda depolanan enerji, sisteme verilerek kullanılabilir. 

Özet Olarak 

Rüzgâr enerjisi, yenilenebilir enerji kaynakları içinde elektrik üretimi için en çok tercih edilen yöntemlerden biri olarak giderek öne çıkıyor. Azalan fosil enerji kaynaklarının çevreye etkileri göz önüne alındığında, birçok ülkenin gelecek planlarında rüzgâr enerjisi ile elektrik üretimi projeleri yer alıyor. Elektrik üretimi için rüzgâr enerjisi ile rüzgâr türbinlerini kullanan şirketlerin artması da bu konudaki öngörülerden biridir. Oluşan talebe bağlı üretim de artacaktır. Elektrik tüketicileri, yenilenebilir kaynaklardan üretilen elektriği tercih ederek, doğrudan ve dolaylı olarak karbon ayak izlerini azaltabilir.