Rüzgar Türbini Nedir? Nasıl Çalışır?

Yenilebilir enerji kaynaklarından Rüzgar türbini nedir nasıl çalışır ve ne kadar elektrik üretir?

Rüzgar türbini yada rüzgar gülü de denilmektedir. Rüzgar türbinleri yerinde çalışan uçak pervanelerine benzetilebilinir  dönüyor ama hiçbir yere gitmiyor. Ancak çok faydalı bir amaca hizmet ediyorlar. Rüzgarda kilitlenmiş enerji var ve dev rotorları bir kısmını yakalayabilir ve anında elektriğe dönüştürebilir. Hiç rüzgar türbinlerinin nasıl çalıştığını merak ettiniz mi? Hadi daha yakından bakalım!

Rüzgar Türbini yada Rüzgar Gülü Nasıl Elektrik Üretir?

Bir türbin, bir rüzgar çiftliğindekiler gibi, hareketli bir sıvı (sıvı veya gaz) içinde dönen ve geçen enerjinin bir kısmını yakalayan bir makinedir. Her türlü makine jet motorlarından hidroelektrik santrallerine ve dizel demiryolu lokomotiflerinden yel değirmenlerine kadar türbinler kullanır. Bir çocuğun oyuncak yel değirmeni bile basit bir türbin şeklidir.

rüzgar türbini nasıl elektrik üretir
rüzgar türbini nasıl elektrik üretir

Bir rüzgar türbininin önündeki devasa rotor kanatları ‘türbin’ kısmıdır. Bıçaklar, bir düzlemdeki kanat profili kanatlarına benzer özel bir kavisli şekle sahiptir. Rüzgar bir uçağın kanatlarını geçtiğinde, asansör dediğimiz kuvvetle yukarı doğru hareket ettirir; Bir türbinin kanatlarını geçtiği zaman onları döndürür. Rüzgar, kinetik enerjisinin bir kısmını (hareket enerjisi) kaybeder ve türbin de kazanır. Tahmin edebileceğiniz gibi, bir türbinin yaptığı enerji miktarı rotor kanatlarının süpürdüğü alanla orantılıdır; Diğer bir deyişle, rotor kanatları ne kadar uzun olursa, bir türbin o kadar fazla enerji üretir. Açıkçası, daha hızlı rüzgarlar da yardımcı olur: eğer rüzgar iki kat daha hızlı eserse, bir türbinin hasat etmesi için potansiyel olarak sekiz kat daha fazla enerji vardır. Çünkü rüzgardaki enerji, hızının küpü ile orantılıdır.

Rüzgar her zaman değişir, bu nedenle tek bir rüzgar türbini tarafından üretilen elektrik de değişir. Birçok rüzgar türbinini büyük bir çiftliğe bağlamak ve farklı alanlardaki birçok rüzgar çiftliğini ulusal bir elektrik şebekesine bağlamak, genel olarak çok daha istikrarlı bir tedarik sağlar.

‘Rüzgar türbinleri (Rüzgar Gülü)’ hakkında konuşmamıza rağmen, türbin bu makinelerin içindeki parçalardan sadece bir tanesidir. Çoğu (ancak hepsi değil) türbin için, diğer bir önemli parça, dişlileri dönen bıçakların nispeten yavaş dönüşünü daha yüksek hızda harekete dönüştüren – tahrik şaftını elektrik jeneratörüne güç verecek kadar hızlı döndüren bir dişli kutusudur.

Jeneratör tüm türbinlerin önemli bir parçasıdır ve bunu bir bisiklet üzerindeki dinamo’nun muazzam, ölçeklendirilmiş bir versiyonu gibi düşünebilirsiniz. Bisiklete bindiğinizde, arka tekerleğe dokunan dinamo döner ve bir lambanın yanması için yeterli elektrik üretir. Aynı şey bir rüzgar türbininde de olur, sadece ‘dinamo’ jeneratörü bir bisiklet tekerleği yerine türbinin rotor kanatları tarafından tahrik edilir ve ‘lamba’ birinin evindeki ışıktır. Pratikte, rüzgar türbinleri hiç dinamoya pek benzemeyen farklı jeneratör türlerini kullanır.

Rüzgar Türbini Nasıl Çalışır?

Rüzgar türbini nasıl çalışır
Rüzgar türbini nasıl çalışır
  1. Rüzgar (kinetik enerji içeren hareketli hava) türbin rotor kanatlarına doğru esiyor.
  2. Rotorlar dönerek, kinetik enerjinin bir kısmını rüzgardan yakalar ve onları destekleyen merkezi tahrik milini döndürür. Rotor kanatlarının dış kenarları çok hızlı hareket etse de, bağlandıkları merkezi aks (tahrik mili) oldukça yavaş döner.
  3. Büyük modern türbinlerin çoğunda, rotor kanatları öndeki göbek üzerinde dönebilir, böylece enerjiyi toplamak için rüzgarı en iyi açıda (veya ‘zift’) karşılarlar. Buna perde kontrol mekanizması denir. Büyük türbinlerde, küçük elektrikli motorlar veya hidrolik koçlar bıçakları hassas elektronik kontrol altında ileri geri döndürür. Daha küçük türbinlerde hatve kontrolü genellikle tamamen mekaniktir. Bununla birlikte, birçok türbin sabit rotorlara sahiptir ve hiç eğim kontrolü yoktur.
  4. Nacelinin içinde (kulenin üstünde ve bıçakların arkasında oturan türbinin ana gövdesi), şanzıman tahrik şaftının düşük hızda dönmesini (belki de dakikada 16 devir, rpm) yüksek hıza (belki de , 1600 rpm) jeneratörü verimli bir şekilde sürmek için yeterince hızlı dönüştür.
  5. Şanzımanın hemen arkasındaki jeneratör, dönen tahrik milinden kinetik enerji alır ve elektrik enerjisine dönüştürür. Maksimum kapasitede çalışan tipik bir 2MW türbin jeneratörü yaklaşık 700 voltta 2 milyon watt güç üretecektir.
  6. Motor gövdesinin arkasındaki anemometreler (otomatik hız ölçüm cihazları) ve rüzgar pervaneleri rüzgar hızı ve yönünün ölçümlerini sağlar.
  7. Bu ölçümleri kullanarak, türbinin tüm üst kısmı (rotorlar ve nacelle), nacelle ve kule arasına monte edilen bir sapma motoru tarafından döndürülebilir, böylece doğrudan gelen rüzgara bakar ve maksimum enerji miktarını yakalar. Çok rüzgarlı veya çalkantılı ise, rotorların dönmesini durdurmak için frenler uygulanır (güvenlik nedeniyle). Frenler ayrıca rutin bakım sırasında da uygulanır.
  8. Jeneratör tarafından üretilen elektrik akımı türbin kulesinin içinden geçen bir kablodan akar.
  9. Bir yükseltme transformatörü elektriği yaklaşık 50 kat daha yüksek voltaja dönüştürür, böylece güç şebekesine (veya yakındaki binalara veya topluluklara) verimli bir şekilde iletilebilir. Elektrik şebekeye akıyorsa, yakındaki bir trafo merkezi tarafından daha fazla voltaja (130.000 volt veya daha fazla) dönüştürülür ve bu da birçok türbine hizmet verir.
  10. Evler temiz ve yeşil enerjinin tadını çıkarır: türbin çalışırken sera gazı emisyonu veya kirlilik üretmez.
  11. Rüzgar, türbini geçmeye devam eder, ancak daha az hız ve enerji (aşağıda açıklanan nedenlerle) ve daha fazla türbülansla (türbin akışını bozduğundan).

Rüzgar Türbini Yada Rüzgar Gülü Maksimum Elektrik Enerjisini Nasıl Üretir?

Büyük bir rüzgar türbininin altında durduysanız, kesinlikle devasa olduklarını ve inanılmaz derecede yüksek kulelere monte edildiğini göreceksiniz. Rotor kanatları ne kadar uzun olursa, rüzgardan daha fazla enerji yakalayabilirler. Dev bıçaklar (genellikle kartalın kanat açıklığının yaklaşık 30 katı olan 70m veya 230 feet çapında) rüzgarın kuvvetini bir tekerlek ve aks gibi çoğaltır, bu nedenle bıçakların dönmesi için hafif bir esinti genellikle yeterlidir. Buna rağmen, tipik rüzgar türbinleri zamanın yaklaşık yüzde 14’ü boşta kalır ve çoğu zaman maksimum güç üretmezler. Bununla birlikte, bu bir dezavantaj değil, tasarımlarının kasıtlı bir özelliği olup sürekli değişen rüzgarlarda çok verimli bir şekilde çalışmalarını sağlar. Şöyle düşünün. Arabalar her zaman en yüksek hızda dolaşmaz: bir otomobilin motoru ve şanzımanı, trafiğin hızına göre gitmemiz gerektiği kadar tekerleklere hızlı veya yavaş bir şekilde güç verir. Rüzgar türbinleri benzerdir: arabalar gibi, farklı hızlarda verimli çalışacak şekilde tasarlanmıştır.

Tipik bir rüzgar türbini yerden 85 metre (280 feet) uzakta – bu birbirlerinin omuzlarında duran 50 uzun boylu yetişkin gibi! Bunun için iyi bir sebep var. Kilometrelerce en yüksek nokta olan bir tepenin üzerinde durduysanız, rüzgârın binalar, ağaçlar, tepeler ve zemin seviyesindeki diğer engellerden arındırıldığında çok daha hızlı gittiğini bileceksiniz. Bu nedenle, bir türbinin rotor kanatlarını havaya koyarsanız, düşeceklerinden çok daha fazla rüzgar enerjisi yakalarlar. (Bir rüzgar türbini rotorunu iki kat daha yükseğe monte ederseniz, genellikle yaklaşık üçte bir daha fazla güç üretecektir.) Ve enerji türbinlerini yakalamak enerjiyi yakalamaktır.

Bir rüzgar türbininin kanatları dönerken, rüzgardan ‘çaldıkları’ ile kinetik enerjiye sahip olmaları gerekir. Şimdi, enerjinin değişmez en temel fizik yasası olan enerjinin korunması kanunundan yararlanarak,rüzgarın bir rüzgar türbininden geçtiğinde biraz yavaşlaması gerekir. Bu gerçekten bir sorun değil, çünkü arkada genellikle daha fazla rüzgar var! Bir rüzgar çiftliği inşa etmek istiyorsanız bu bir sorundur: gerçekten rüzgarlı bir yerde değilseniz, her türbinin etrafındaki alanlardan iyi bir mesafe olduğundan emin olmalısınız, bir birinden etkilenmeyecek ve bir birinin rüzgarlarını çalmayacak şekilde konumlandırılması gerekmektedir.

Rüzgar Türbinlerinin Avantajları ve Dezavantajları

Avantajları

Artı tarafta, rüzgar türbinleri (Rüzgar Gülü) temiz ve yeşildir: kömür istasyonlarının aksine, inşa edildikten sonra, küresel ısınmaya neden olan karbondioksit emisyonlarını veya asit yağmuruna (bir tür havaya neden olan kükürt dioksit emisyonları) Kirlilik). Onları inşa ettikten sonra, yaptıkları enerji sınırsızdır ve (yedek parça ve bakım hariç) 25 yıllık tipik bir kullanım ömrü boyunca ücretsizdir. Geleneksel enerji santrallerinin işletilmesinin maliyeti toptan petrol ve gaz fiyatları ve dünya enerji piyasalarının oynaklığı gibi riskli şeylere yöneldiğinden, göründüğünden daha da avantajlıdır.

rüzgar gülü avantajları
rüzgar gülü avantajları

Rüzgar türbini kuleleri, düşmelerini önlemek için oldukça fazla metal ve beton temeller içerir (tipik bir türbin toplamda 8000 parçaya sahiptir), bu yüzden onları inşa etmenin bazı çevresel etkileri vardır. Yine de, tüm çalışma ömürlerine bakıldığında, fosil yakıtlı tesislerden, çoğu güneş tesisinden veya biyokütle tesislerinden önemli ölçüde daha düşük herhangi bir enerji üretim biçiminin en düşük karbondioksit emisyonları arasında oldukları ortaya çıkıyor. Şimdi nükleer santraller de nispeten düşük karbondioksit emisyonuna sahipler, ancak rüzgar türbinlerinde birçok insanın nükleer enerji ile ilişkilendirdiği güvenlik, kirlilik ve atık bertaraf problemleri yok ve inşa edilmesi çok daha hızlı ve kolay. Ayrıca, ürettikleri kilovat saatlik güç başına çok daha ucuzlar: nükleer fiyatın yarısı ve kömür fiyatının üçte ikisi düzeyindedir. Küresel Rüzgar Enerjisi Konseyi’ne göre, bir türbin ömrü boyunca kullanılan enerjiyi geri kazanmak için 3-6 ay içinde yeterli güç üretebilir (inşa etmek, işletmek ve geri dönüştürmek).

Rüzgar Gülü Avantajları

  • Çok düşük karbondioksit emisyonları (inşa edildikten sonra etkin olarak sıfır).
  • Hava veya su kirliliği yok.
  • Madencilik veya sondajdan kaynaklanan çevresel etkiler yoktur.
  • Ödenecek yakıt yok – hiç!
  • Tamamen sürdürülebilir – fosil yakıtların aksine, rüzgar asla tükenmez.
  • Türbinler, sadece belirli bölgelerde yoğunlaşan fosil yakıt yataklarından farklı olarak, dünyanın neredeyse her yerinde güvenilir rüzgarlı bir yerde çalışır.
  • Fosil yakıtlı gücün aksine, rüzgar enerjisi işletme maliyetleri yıllar önce öngörülebilir.
  • Enerji fiyatlarından ve diğer ülkelerden gelen petrol ve doğal gaz arzlarındaki siyasi dalgalanmalardan kurtulma.
  • Rüzgar enerjisi fiyatları, fosil yakıt fiyatları yükseldikçe ve rüzgar teknolojisi olgunlaştıkça giderek daha rekabetçi hale gelecektir.
  • Türbinlerin yapımı, işletimi ve üretiminde yeni işler.

Dezavantajları

İlk bakışta, herkesin neden temiz ve yeşil rüzgar türbinlerine itiraz edeceğini hayal etmek zordur – özellikle onları kirli kömür yakıtlı santrallerle ve riskli nükleer santrallerle karşılaştırdığınızda, ancak bazı dezavantajları vardır.

Rüzgar türbininin özelliklerinden biri, geleneksel bir kömür, gaz veya nükleer santral kadar enerji üretmemesidir. Tipik bir modern türbin, maksimum 2 megavat (MW) güç çıkışına sahiptir, bu da 1000 2kW elektrikli tost makinesini aynı anda çalıştırmak için yeterlidir ve zamanın yaklaşık yüzde 30’unu enerji üretiyorsa yaklaşık 1000 ev tedarik etmek için yeterlidir. Dünyanın en büyük açık deniz rüzgar türbinleri artık 8 megawatt üretebiliyor, çünkü rüzgarlar denizde daha güçlü ve daha kalıcı ve yaklaşık 6000 eve güç veriyor.

Teorik olarak, gerçekten büyük (2000 MW veya 2GW) kömür yakıtlı bir elektrik santrali veya bir nükleer güç istasyonu (her ikisi de bir milyon 2kW tost çalıştırmak için yeterli güç üretebilen) kadar güç elde etmek için 1000 2MW türbinlere ihtiyacınız olacak Aynı zaman); Uygulamada, kömür ve nükleer enerji santralleri oldukça istikrarlı bir şekilde enerji ürettiği ve rüzgar enerjisi değişken olduğu için daha fazlasına ihtiyacınız olacaktır. (Eğer iyi bir nükleer santral zamanın yüzde 90’ında maksimum kapasitede çalışırsa ve iyi, yepyeni, açık deniz rüzgar çiftliği zamanın yüzde 45’ini yapmayı başarırsa, telafi etmek için iki kat daha fazla rüzgar türbinine ihtiyacınız olacaktır

Nihayetinde, rüzgar enerjisi değişkendir ve verimli bir güç şebekesi, değişen talebi karşılamak için öngörülebilir bir güç kaynağına ihtiyaç duyar. Uygulamada bu, farklı enerji türlerinin bir karışımına ihtiyaç duyduğu anlamına gelir, böylece arz neredeyse yüzde 100 garanti edilebilir. Bunlardan bazıları neredeyse sürekli (nükleer gibi) çalışacak, bazıları yoğun zamanlarda (hidroelektrik santralleri gibi) güç üretecek, bazıları kısa sürede (doğal gaz gibi) yaptıkları gücü artıracak veya azaltacak.

ruzgar-türbini dezavantajları
ruzgar-türbini dezavantajları

Daha önce gördüğümüz gibi, birkaç bin rüzgar türbinini sıkıca sıkıştıramaz ve etkili bir şekilde çalışmalarını bekleyemezsiniz; Bunların her bir türbin ile her iki taraf arasında bir miktar mesafe (tipik olarak ‘çapraz rüzgar’ yönünde 3-5 rotor çapı ve her iki türün tarafı ile arasında ve her bir türbin ile motorun arasında olanlar ‘downwind’ yönünde 8-10 çap arasında olması gerekir Ön ve arka). Bu iki şeyi bir araya getirin ve rüzgar gücünün en büyük ve en belirgin dezavantajına ulaşırsınız: çok fazla yer kaplar. Bir ülkeye tek başına rüzgarla (hiç kimsenin ciddi olarak önermediği) güç vermek istiyorsanız,

kesinlikle geniş bir kara parçasını türbinlerle kaplamanız gerekir. Türbinler arasındaki neredeyse tüm arazileri çiftçilik için kullanmaya devam edebilirsiniz; Tipik bir rüzgar santrali arazinin yüzde 5’inden azını üretimden kaldırır (türbin kaideleri, erişim yolları ve şebeke bağlantıları için). Bunun yerine denizde türbinler monte edebilirsiniz, ancak bu diğer problemleri yükseltir ve daha pahalıya mal olur. Karada bile, rüzgar türbinlerinin dizilerini elektrik şebekesine bağlamak, tek bir eşdeğer enerji santralinin kablolanmasından daha büyük bir engeldir. Bazı çiftçilerin ve toprak sahiplerinin yeni elektrik hatlarına itirazları vardır, ancak birçoğu daha önce olduğu gibi kullanmaya devam edebilecekleri arazilerini kiralamaktan (potansiyel olarak bir çeyrek yüzyıl garantili bir gelirle) yakışıklı karlar kazanırlar.

Rüzgar Gülü Dezavantajları;

  • Yüksek ön maliyet (büyük nükleer veya fosil yakıtlı bitkiler için olduğu gibi).
  • Rüzgar enerjisini uygulanabilir kılmak için gerekli ekonomik sübvansiyonlar (diğer güç formları da ekonomik olarak ya da yaptıkları kirliliğin ekonomik ve sosyal maliyetini ödemedikleri için sübvanse edilmektedir).
  • Değişken rüzgar enerjisini diğer güç formlarıyla dengelemenin ekstra maliyeti ve karmaşıklığı.
  • Tüm sistem genellikle fayda sağlasa da, güç şebekesini ve iletim hatlarını yükseltmenin ekstra maliyeti.
  • Değişken çıktı – bu sorun, farklı bölgelerde rüzgar çiftliklerinin işletilmesi ve (Avrupa durumunda) komşu ülkeler arasındaki ara bağlantıların kullanılmasıyla azalmaktadır.
  • Büyük arazi toplamı – rüzgar çiftliği arazisinin en az yüzde 95’i hala tarım için kullanılabilir ve denizdeki türbinler denizde inşa edilebilir.
  • Bir ülkenin gücünün yüzde 100’ünü yıl boyunca, fosil yakıtların, nükleer, hidroelektrik ve biyokütle gücünün sağlayabileceği şekilde sağlayamaz.
  • Madencilik ve sondajda çalışan insanlar için iş kaybı.

Bunları Biliyor Musun