Rüzgar Enerjisi Nasıl Kullanılır?

1961 yılında Roma’da Birleşmiş Milletler’in düzenlediği “Enerjinin Yeni Kaynaklan Konferansında rüzgar santrallan teknolojisi yeterli görülmüyor, geliştirilmesi isteniyordu. Günümüzde bu teknolojilerin en ileri düzeyde olduğu ABD’de rüzgar elektrik santrallan teknolojisinin gelişimi, 1978 yılında Birleşik Devletler Kongresi’nden geçen “Kamu Yararlannı Düzenleme Politikalan Yasası” sayesinde olmuştur.
Avrupa’da da, özellikle Kuzeybatı Avrupa ülkelerinde, rüzgar türbinleri aracılığıyla elektrik üretimi için yaygın olarak araştırmalar yapılmıştır. Bugün rüzgar türbinleri büyük bir pazar oluşturmuş olup sertifikalı olarak alıcı beklemektedir. Rüzgar enerjisi dönüştürme sistemleri 50 W ile 2-3 MW arasında mekanik veya elektrik gücü sağlayabilmektedir. Artık rüzgar enerjisi, çevre dostu yenilenebilir bir kaynak olarak elektrik üretim bütçelerinde yer almaktadır. Rüzgar enerjisi indirekt, bir başka deyişle çevrime uğramış güneş enerjisidir. Güneş enerjisinin karalan, denizleri ve atmosferi her yerde özdeş ısıtmamasından oluşan sıcaklık ve buna bağlı basınç farklan rüzgan yaratmaktadır. Rüzgar, yüksek basınç alanından alçak basınç alanına yer değiştiren havanın, dünya yüzeyine göre bağıl hareketidir. Yer değiştiren hava kütlesine yerin dönmesinden kaynaklanan Coriolis kuvveti de etki eder. Ayrıca, rüzgarlar bir merkez çevresinde dolandıklarından santrifüj kuvvet etkisinde kaldıklan gibi, yeryüzü ile akışkan hava arasında sürtünme kuvvetinden etkilenirler. Kutuplar ve ekvator arasındaki hava akımlarına bağlı belli rüzgarlar varsa da, enerji üretimi açısından denizler ve karalar ya da dağlar ve vadiler arasındaki hava akımlanna dayalı yerel rüzgarlar önemlidir.
5.2 Kaynak Varlığı
Havanın özgül kütlesi az olduğundan, rüzgardan sağlanacak enerji rüzgar hızına bağlıdır. Rüzgann hızı yükseklikle, gücü ise hızının kübü ile orantılı biçimde artar. Sağlayacağı enerji, gücüne ve esme saat sayısına (frekansına) bağlıdır. Özgül rüzgar gücü, hava debisine dik birim yüzeye düşen güçtür. Topoğrafık koşullara göre yerden 50 m yükseklikte özgül güç, hız 3.5 m/s den küçük iken 50 W/m2 den az olabileceği gibi, hız 11.5 m/s den büyük iken 1800 W/m2 den çok olabilir. Türbin kurulacak yerde en az bir yıllık rüzgar ölçümünün 0.1-0.2 m/s doğrulukta yapılması gereklidir.
Ortalama rüzgar hızı, yıldan yıla değişebilir. Mevsimsel değişimler yüzünden, rüzgar enerjisi potansiyelinden elde edilecek enerji, yıllık ortalama hız değerinden hesaplanan enerjiden daha fazla olmaktadır. Bu yüzden belli bir bölgede rüzgar türbinleri ile üretilebilecek elektrik miktarının hesabında, yıllık ortalama rüzgar hızından çok “vveibull dağılımı” ile hesap edilmiş rüzgar hızı frekans dağılımı kullanılmaktadır.
5.2.1 Dünya Genelinde Kaynak Varlığı
Rüzgar, atmosferde bol ve özgürce bulunan, kararlı, güvenilir ve sürekli bir kaynaktır. Doğasına bağlı olarak taşıdığı enerji, kinetik enerjidir. Atmosferin rüzgan oluşturan brüt kinetik gücü 0.191 x 1012 kW kadardır. Dünyanın 50o kuzey ve güney enlemleri arasında rüzgar gücü potansiyelinin 3 x 109 kW olmasına karşın, ekonomik ve fiziksel planlama limitlerinden ötürü 1 x 109 kW kapasitenin kullanılabileceği hesaplanmıştır.
Dünya çapında rüzgar enerjisi teknik potansiyeli 26000 TWh/yıl olarak tahmin edilmektedir. Bu alanlar 50° kuzey-güney enlemleri arasında bulunmaktadır. Ekonomik, görsel ve fiziksel planlama limitleri dikkate alındığında kabaca bu potansiyelin üçte birinin (9000 TWh/yıl) gerçekleşebileceği hesaplanmaktadır. Rüzgar enerjisi bakımından, denizler karasal alanlara göre daha büyük zenginlik göstermektedir. 1990-1995 yıllan arasında Avrupa Birliği’nde, kıyıdan uzaklığa ve su derinliğine bağlı olarak deniz üstü rüzgar türbini kurulma durumuna göre potansiyel belirleme çalışması yapılmıştır. Kıyıdan 10 km açıklıkta ve 10 m derinlikteki alanların potansiyeli 750 TWh/yıl iken, kıyıdan uzaklığı 30 km ve su derinliği 40 m olan yerlerde 3500 TWh/yıl düzeyine çıkmaktadır. Oysa, Avrupa Birliği’nin elektrik tüketimi 1727 TWh/yıl kadardır. Dünya Meteoroloji Organizasyonu dünya çapında bir rüzgar kaynağı haritası geliştirmiştir. Buna göre, dünya yüzeyinin (506.6 x 106 km2) %27’sinde (137.6 x 106 km2) yıllık ortalama rüzgar hızı 10 m yükseklikte 5.1 m/s den büyük saptanmıştır. Bu alan, rüzgar enerjisince zengin yörelerin toplamıdır.
ABD, Avrupa, Latin Amerika, Çin, İspanya, Peru, Mısır, Somali, Etopya, Sovyetlerin ve dünyanın bir kısmının rüzgar atlası çıkarılmıştır. Rüzgar atlası, yer seviyesinden 10 m yüksekte ölçülmüş olan rüzgar hızı ve yönüne ilişkin yeterli süre ve sayıdaki meteoroloji istatistiklerinin, özel komputer programlan yardımıyla değerlendirilmesi sonucunda elde edilmektedir. Sonuçta yer yüzeyinden 50 m yukardaki rüzgar hızları (m/s) ve rüzgar gücü yoğunluklan (W/m2) isovent eğrileri biçiminde çıkanlır. Rüzgar atlası enerji plancılarına ve yatırımcılara, rüzgar gücü ve kapsadığı alanlar hakkında fikir vermekle birlikte, yer seçiminde tek başına yeterli olmamaktadır. Özel ölçümlere gerek duyulmaktadır.
5.2.2 Türkiye’de Kaynak Varlığı
Türkiye’nin rüzgar enerjisi potansiyeli, mevcut verilerdeki yetersizlik nedeniyle bugüne kadar güvenilir bir şekilde hesap edilememiştir. Ancak, ülke genelinde olmasa bile Türkiye rüzgar enerjisi bakımından zengin yöreleri bulunan bir ülkedir. Yerleşim alanlan dışında 10 m yükseklikteki rüzgar hızı yıllık ortalaması, Ege Bölgesi ve diğer kıyı alanlanmızda 4.5-5.6 m/s, iç kesimlerde ise 3.4-4.6 m/s arasındadır. 10 m yükseklikte yıllık ortalama rüzgar hızı 4-5 m/s olan yörelerimizde, türbin kurulması açısından önemli olan 50-60 m yükseklikteki güç yoğunluğu 500 W/m2 düzeyini aşmaktadır. Rüzgar enerjisi potansiyelinin enerji üretimi amacına yönelik olarak aynntıh belirlenmesi gerekmektedir.
Rüzgar enerjisinin kullanılması ülkemiz açısından önemli olduğundan, değişik yörelerimizdeki rüzgar enerjisi potansiyellerinin belirlenmesi için çeşitli kurum ve kuruluşlar tarafından çalışmalar yapılmaktadır. Devlet Meteroloji İşleri Genel Müdürlüğü (DMİ), uzun süreden beri klimatolojik rüzgar verileri toplamaktadır. Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü (EİE) ise, rüzgar enerjisi alanında Ar-Ge projeleri sürdürmek amacıyla, 1983 yılında bir çalışma başlatmıştır. İlk adım olarak DMİ Genel Müdürlüğü’ne ait istasyonlann 1970-1980 yıllan arasındaki aylık rüzgar hızı ve yönüne ait 10 yıllık veriler değerlendirilmiş ve ülke genelindeki doğal rüzgar dağılımı “Türkiye Rüzgar Enerjisi Doğal Potansiyeli” adı altında yayımlanmıştır. Bu çalışmadan alınan aşağıdaki tablo, yedi coğrafık yörenin ortalama rüzgar enerji yoğunluğu ve rüzgar hızlarını göstermektedir.


Rüzgar enerjisi potansiyelinin enerji üretimi amacıyla belirlenmesi kapsamında EİE İdaresi Genel Müdürlüğünce “Rüzgar Enerjisi Gözlem İstasyonu Projesi” başlatılmıştır. Proje kapsa*mında kurulan istasyonlarda, rüzgar verilerini toplama çalışmaları sürdürülmektedir. Bu arada ölçüm süresi tamamlanan Karabiga, Nurdağı, Şenköy, Karaburun ve Bandırma istasyonları sökülerek, bölge etüdleri sonucunda belirlenmiş olan Söke, Yalıkavak (Bodrum), Sinop, Eğirdir (İsparta) ve Foça’ya kurulmuştur. Mevcut gözlem istasyonlarına ait aylık ortalama hızlar aşağıdaki tabloda verilmektedir.

Resimi Orjinal Boyutta Görüntülemek İçin Tıklayın


Tablodaki üç yıllık ortalama rüzgar hızlarına göre, Kocadağ 8.5 m/s ile en yüksek ortalama rüzgar hızına sahiptir. Bunu sırasıyla Gökçeada (6.83 m/s), Akhisar (6.78 m/s) ve Belen (6.5 m/s) izlemektedir. Kocadağ için yıllık rüzgar güç yoğunluğu 1995 yılında 775 W/m2‘dir. Bu değerler Gökçeada, Akhisar ve Belen için; sırasıyla 457, 450 ve 343 W/m2’dir.
Bu güne kadar yapılan çalışmaların sonucundan, ülkemizin doğal rüzgar potansiyeli hakkında bir fikir vermesi bakımından; Çanakkale Boğazı civan, Bozcaada, Gökçeada, Sinop, İnebolu, Bozkurt, Samsun, Bandırma, Balıkesir, Çorlu, Edremit, Ayvalık, Dikili, Çeşme, Bodrum, Bergama, Antakya, Anamur, Silifke, Mardin, Malatya, Erzurum, Seydişehir, Karaman ve Afyon yöreleri rüzgar enerjisinden yararlanılabilir alanlardır.
Resimi Orjinal Boyutta Görüntülemek İçin Tıklayın


5.3 Türkiye’de Rüzgar Enerjisi Kullanımı Çalışmaları
5.3.1 Mevcut Durum
Türkiye’de rüzgar enerjisinden elektrik üretimi konusunda, kWh mertebesinde sadece Çeşme ve Ankara’da olmak üzere 2 sistem mevcuttur. Bunlardan birincisi 1985 yılında Danimarka’dan ithal edilip İzmir-Çeşme Altınyunus Turistik tesislerine kurulan sistem olup, yatay eksenli ve 3 kanatlı, 55/11 kW gücünde, “up-wind” türündedir ve halen işletilmektedir. Üretilen elektrik enerjisi turistik tesislerde tüketilmektedir. Diğeri, Ankara’daki 1.1 kW gücündeki düşey eksenli bir sistem olup, EİE tarafından başlatılan Ar-Ge çalışmaları kapsamında ODTÜ ile 1983 yılında yapılan işbirliği çerçevesinde gerçekleştirilmiştir. Şu anda, özel sektörün yap-işlet-devret modeli kapsamında rüzgar santralı kurmak için yaptığı başvurular 25′e ulaşmış olup, bu olgu rüzgar elektrik santrallarına talep olduğunu göstermektedir.
Rüzgar enerjisinden mekanik enerji üretimi konusunda ise su pompaj sistemleri, özellikle Batı Anadolu Bölgemizde çok sayıda küçük uygulamalar şeklinde bulunmaktadır. İhtiyaç sahipleri tarafından yerel imkanlarla tasarım ve imal ettirilen bu sistemler, çok kanatlı, yatay eksenli, pistonlu pompalı ve düşük verimlidir. Bunlar küçük ölçekli sulama işlerinde kullanılmaktadır. Çok küçük atelye imkanları ile ilkel bir şekilde imal olunan ve bazı tasarım hataları da bulunan bu sistemler, çoğu kez kısa süre işletildikten sonra devre dışı kalmaktadır.
Ege ve Marmara Bölgesinde rüzgar enerjisinden küçük ölçekli sulama için, mekanik rüzgar su pompaj sistemlerine önemli oranda talep olacağı EİE Genel Müdürlüğü’nce yapılan etüt çalışmalarında saptanmıştır. Dizel su pompaj motorlarının yakıt gerektirmesi, yakıt maliyeti ve taşıma sorunları gibi dezavantajları nedeniyle, rüzgar potansiyeli yeterli olan bölgelerde küçük çiftçilerce giderek artan bir talep beklenmektedir. Ayrıca, küçük güçlü rüzgar jeneratörleri için de talep olduğu gözlenmektedir.
5.3.2 Ar-Ge Çalışmaları
Ülkemizde rüzgar enerjisi Ar-Ge çalışmaları, başta Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü Rüzgar Enerjisi Şubesi olmak üzere, bazı üniversitelerde sürdürülmektedir. EİE 1990 yılından itibaren seçilmiş potansiyelli rüzgar alanlarında nisbeten açık ortamlarda serbest rüzgar hızlarını tesbit edebilmek için, hafızalı rüzgar ölçüm aletleriyle ölçüm yapmaktadır. Rüzgar türbinleri ve rüzgar enerjisi potansiyeli konularında İstanbul Teknik Üniversitesi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara Üniversitesi ve TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi’nde (MAM) yapılmış ve devam eden çalışmalar vardır. Elektrik İşleri Etüt İdaresi tarafından Türkiye doğal rüzgar potansiyeli üzerindeki çalışmalar sürmektedir.
5.3.3 Türkiye’de Yürütülen Rüzgar Enerjisi Projeleri
Türkiye Elektrik Üretim ve İletim A.Ş. (TEAŞ), Avrupa Birliği’ne üye Akdeniz ülkeleriyle (İspanya, Portekiz, Fransa, İtalya, Yunanistan) birliğe üye olmayan Güney Akdeniz ülkelerinin (Fas, Cezayir, Tunus, Mısır, Filistin, Türkiye) ortaklaşa yürüteceği INTERSUD-MED projesine katılmıştır. Projenin amacı, Güney Akdeniz ülkelerinde yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimine entegrasyonunu sağlamak üzere ön fizibilite çalışmaları yapmaktır. Türkiye’nin öncelikli seçimi; maliyet ve potansiyel yönünden konvansiyonel enerji kaynaklarıyla en fazla rekabet edebilecek düzeyde olduğu görülen rüzgar enerjisiyle elektrik üretimi olmuştur.
Bu projenin sonucunda projeye katılan her ülkede, rüzgar türbini, fotovoltaik, güneş santralı, biyokütle santralları ile jeotermal santrallann kurulabilme potansiyeli, ülkelerin elektrik enerjisi ihtiyacı, altyapısı, yer bilgileri, teknolojiye yönelik imalat kapasitesi, mevcut iş kaynağı vb. konular göz önüne alınarak tesbit edilecektir. Proje çerçevesinde gerçekleştirilecek iş programı, yedi ayrı görevden meydana gelmektedir. Bunlar ana hatları itibarı ile aşağıda sıralanmıştır:
■ Verilen yerel şartlarda yer ve teknoloji seçimi
■ Güney Akdeniz ülkelerinin, elektrik üretimi açısından kurumsal yapılanmalarının analizi
■ Yenilenebilir enerji kaynaklı üretim tesisleri için, sisteme bağlantılarını da içeren temel mühendislik ve tekno ekonomik çalışmalar
■ Ülkenin üretim tesisi imalatı ve teknoloji transferi açısından yerel endüstriyel kapasitesinin saptanması
■ Sosyal ve ekonomik etkilerin belirlenmesi
■ Çevre etkileri
■ Finans modellerinin geliştirilmesi
EİE İdaresi Genel Müdürlüğü’nden mevcut ölçüm istasyonlarına ait rüzgar hız ve yön değerleri satın alınmış ve temin edilen harita ve yer bilgileriyle birlikte, ilgili proje kuruluşu olan ENDESA’ya (İSPANYA) gönderilmiştir. Çalışmalar sonucu aday bölgeler arasında rüzgar çiftliği kurmaya en uygun yerlerden biri olan İzmir-Kocadağ seçilmiştir. TEAŞ, bu proje kapsamında yapılacak çalışmalarda kullanmak üzere WASP (Wind Atlas Analysis and Application Program) progr****** Danimarka’dan satın almıştır.
Türkiye’de yürütülen diğer proje, Avrupa Rüzgar Enerjisi Birliği Türkiye Şubesi (AREB-TŞ) girişimi sonucunda, EİE ile bir protokol çerçevesinde ortaklaşa yürütülmesi kararlaştırılan Avrupa Yatırım Bankası destekli proje olup, “Rüzgar Enerjisi Fizibilite Çalışması” adını taşımaktadır. 300 bin ECU’lük harcamayı ön gören bu proje için yerli ve yabancı müşavir firma seçimleri yapılmıştır. Proje ön çalışmalar aşamasındadır. Bundan sonra rüzgar kaynağı değerlendirmeleri, rüzgar çiftliği dizaynı, ekonomik analiz, çevre etkilerini değerlendirme çalışması, sonuçların genel değerlendirilmesi aşamaları gerçekleştirilecektir.


5.4 Dünya Teknolojisinde Ulaşılan Düzey
1990 yılında dünyada rüzgar santralı kurulu gücü 2160 MW iken, 1993 yılının başlarında 2500 MW’a, 1994 yılında 3738 MW’a 1995′de 4843 MW’a ve 1996 yılında 6097 MW’a (Nisan 1997 tarihli Wind Povver raporuna göre) yükselmiş bulunmaktadır. Bu kurulu gücün %57.5′i Avrupa’da, %26.4’ü Kuzey Amerika’da (bunun %98.7’si ABD’de), %14.7’si Asya’da (%91’i Hindistan’da olmak üzere) bulunmaktadır. Dünya kurulu gücündeki yıllık artış %20.6 düzeyindedir. Avrupa kurulu kapasitesindeki yıllık artış ise %28.2 düzeyini bulmaktadır. Avrupa’nın kurulu rüzgar gücü 1989 yılında yalnızca 320 MW idi. Bu kurulu güç 1990′da 477 MW, 1991’de 643 MW, 1992’de 891 MW, 1993’de 1 123 MW, 1994’de 1723 MW, 1995’de 2518 ve 1996 yılında 3216 MW olmuştur. Böylece yedi yılda 10 kat artış sağlanmıştır. Avrupa’da kurulu rüzgar gücü açısından birinci sırayı Almanya almakta, ardından Danimarka, Hollanda, İngiltere, İspanya, İsveç, Yunanistan ve İtalya gelmektedir.
21. yüzyılın eşiği 2000 yılı için kurulu kapasite hedefi ABD’de 2800 MW, Avrupa’da 6340 MW, Asya’da 3817 MW ve tüm dünyada 13803 MW’dır. 2000 yılı Avrupa’sında en büyük kapasite 2000 MW ile Almanya’da olacak, onu 1000 MW ile Danimarka, 800’er MW ile İngiltere ve İspanya izleyecektir. Yunanistan’ın programlanan 2000 yılı kapasitesi 200 MW’dır. Hindistan 2000 yılında 2000 MW, Çin 2000 yılında 1000 MW ve İsrail 2000 yılında 2000 MW güç düzeylerini tasarlamaktadır. ABD’nin beklentisi, önümüzdeki 10-12 yılda rüzgardan üreti*lecek elektriğin diğer tüm kaynaklardan daha ucuz olacağıdır. Gelecek 10 yıl sonunda ABD, elektrik üretiminin %20’sini rüzgardan sağlamayı hedeflemiştir. Avrupa Birliği 2010 yılında birincil enerjinin %11.5′unu ve elektriğin %23.5′unu yenilenebilir kaynaklardan sağlamayı hedefleyerek, elektrik üretiminde rüzgara %2.8′lik pay ayırmıştır (”Avrupa Birliği White Paper for a Community and Action Plan; COM (97) 599 final (26/11/97)”). Avrupa Rüzgar Enerjisi Birliği, Avrupa’da kurulu kapasitenin 2005 yılında 12 bin MW olacağını, 2030 yılında 100 bin MW’a çıkacağını ve bunun denizüstü payının %25′den az olmayacağını tahmin etmektedir.
5.4.1 Rüzgar Türbinlerinin Gelişiminde Ulaşılan Düzey
Ucuz petrol döneminde güncellik kazanamayan rüzgar enerjisi, 1974-1978 yapay petrol bunalımlarının ardından, artan uygulamalar ve teknolojik aşamalarla gündeme girmiştir. Artık geçmişteki rüzgar jeneratörleri yerine, modern ve çağdaş rüzgar enerjisi çevrim sistemleri (WECS) üzerinde durulmaya başlanmıştır. Az sayıda tüketiciyi besleyecek tekil makineler yerine, birden çok türbin içeren rüzgar çiftlikleri ile elektrik şebekelerinin beslenmesi amaç olmuştur. Rüzgar türbinlerinin ve teknolojisinin geliştirilmesine, 980′li yıllarda Uluslararası Enerji Ajansı koordinatörlüğünde yürütülen Ar-Ge çalışmalarının büyük etkisi olmuştur.
Günümüzün büyük güçlü rüzgar santrallan elektrik şebekesine bağlı ve birden fazla türbin içeren rüzgar çiftlikleri biçimindedir. Rüzgar santralının ana yapı elemanı, aerojeneratör de denilen rüzgar türbinidir. Bir rüzgar türbini, çevredeki engellerin rüzgarı kesemeyeceği yükseklikte bir kule, bunun üzerine yerleştirilmiş bir gövde (ya da tekne) ve rotordan oluşur. Rotorlarının konumlarına (şaft eksenlerine) göre türbinler, yatay eksenli veya düşey eksenli olurlar. Elektrik üretim amaçlı modern rüzgar türbinlerinin çoğunluğu yatay eksenlidir. Yatay eksenli türbinler, rüzgarın kuleyi yalamadan rotora çarpması durumunda ileri ya da üst rüzgarlı (up-wind), önce kuleye dokunup sonra çarka gelmesi koşulunda geri ya da alt rüzgarlı (dovvnwind) türbin adını alırlar. Açıklanan makinede rüzgar enerjisi, Betz teoremi uyarınca maksimum %59.3 teorik verimle mekanik enerjiye çevrilebilir.
Yapılan sistem analizlerinde, rüzgar enerjisi gelişiminde 60-100 m çapındaki sistemler (1-3MW) optimum büyüklük olarak tesbit edilmiştir. 1981′de ABD’de tesis edilen sistemler ortalama 50 kW’lık makinelerden sonra, makine başına ortalama olarak 1987′de 110 kW ve 1997 yılında ise 750 kW’a yükselmiştir. Bu trend, büyük boyutlu türbinlere doğru kararlılıkla devam etmektedir. Bugünlerde ticari ortama girmiş makinelerin 500-750 kW arasında olanları en düşük fiyattan elektrik enerjisi üretebilmektedir
Rotor bir göbek (hub) ile şafta bağlıdır. Rüzgarın kinetik enerjisi rotor tarafından mekanik enerjiye çevrilir ve şaftın dönü hareketi gövde içerisindeki transmisyon sistemine, oradan jeneratöre aktarılır. Transmisyon sistemi, jeneratör ve yardımcı üniteler gövde içerisinde yer alır. Rüzgar türbinleri nisbeten düşük rüzgar hızlarında çalışırlar. Dişli kutusu devir sayısını yükseltir. Bu nedenle, senkron jeneratörde ihtiyaç duyulan devir sayısı dişli kutusu çıkış milinde temin edilir. Dişli kutularının transmisyon oranı 1/20 ile 1/60 arasında olup, helisel dişli kutularının yanı sıra güneş-planet dişli sistemli transmisyon kutuları görülmektedir. Dişli kutusu bulunmayan türbinler de yapılmış olup, bunlarda değişken hızlı direkt devitimli özel senkron jeneratörler vardır. Türbinlerin tanıtılan üniteleri dışında; hidrolik devitimli mekanik ve aerodinamik frenleme düzenleri, yönlendirme için elektrik motorlu yay mekanizmaları, mikroişlemcili logic kontrol-kumanda ve bilgisayarlı monitör sistemleri bulunmaktadır. Sistemlerin şebekeye bağlantısı soft starter ve konvertörle yapılmakta, şebeke bağlantı gerilimi 380-690 V, bağlantı frekansı 40-80 Hz olmaktadır.
Elektrik üretiminde kullanılan yatay eksenli türbinler; yüksek hızlı, düşük ilk hareket momentli, az kanatlı propeller türbinler, difüzörlü türbinler ve tornado türbinler olarak üçe ayrılır. Düşey eksenli türbinlerin ise Darrieus türbinleri, Darrieus-Savonius kombinasyonu türbinler ve Musgrove türbinler olmak üzere belli başlı üç tipi vardır. Propeller rotorların verimleri %45 iken, Darrieus rotorlarda verim %32′ye düşmektedir. Yaygın olan propeller türbinler, hız karakte*ristiğine göre değişken hızlı ve sabit hızlı olarak da ayrılırlar. Değişken hızlı türbinler daha çok kullanılır. “The World Directory of Renevvable Energy” içerisinde yer alan rüzgar türbini üreticisi 8 büyük firmadan alınan verilere göre, bugün için dünya piyasasında bulunan ve santral kurmak için kullanılabilecek rüzgar türbinlerinin güçleri 00 kW ile 650 kW arasında değişmektedir. 250-750 kW arası türbinler yaygın biçimde bulunmaktadır.
Tümü yatay eksenli propeller tip türbinler olup, rotor kanat sayıları bir ile üç arasında değişmektedir. Yaklaşık %93′ü üç kanatlı, geriye kalan %7’si iki kanatlıdır. Genellikle üst rüzgarlı (up-wind) tip türbinlerdir. Rotor çaplan 8-65 m, rotor süpürme alanları 255-3320 m2, rotor dönü hızlan 28-60 rpm arasındadır. Çalışmaya başlangıç rüzgar hızı 3-4 m/s kadar olup, nominal güçlerini -4 m/s rüzgar hızlarında üretmektedirler. Çalışmanın durdurulması (frenleme) rüzgar hızı 20-28 m/s arasındadır. Rotorlann zarar görebileceği rüzgar hızı 50 ve 70 m/s den büyüktür. Rüzgar hızına göre rotor güç ayan için kanat açıları değişebilir aktif (stall) düzen kullanılmaktadır. Kanatlar polyester ile kuvvetlendirilmiş fıberglass veya epoksi ile güçlendirilmiş fiber karbondan yapılmakta ve çelik omurga ile desteklenmektedir. Rotor huba direkt bağlanmakta, şaftın 2-8o arasında bir eğimi olmaktadır. Hub yüksekliği 30 ile 70 m kadardır. Mekanik frenleri disk fren iken, aerodinamik frenleri aktif negatif kanat ayan olmaktadır. Makinelerin teknolojisi itibari ile emre amadelikleri %98-99 civarındadır.
Gürültü önlemek için türbin gövdeleri ses izolasyonludur. Kafes veya boru biçiminde olmak üzere iki temel kule tipi vardır. Boru biçiminde olan kuleler genelde daha hoş görünümlüdür. Kuleler çelik kafes, çelik konik boru, çelik silindir, beton konik boru ya da silindir biçiminde yapılmaktadır. Kafes kulelerin dışındaki konstrüksiyonlar iki ya da üç parçalıdır. Kafes kule ucuzdur ancak görüntü kirliliği nedeni ile hemen hemen terk edilmiştir. Rotor 3-26 ton, gövde 10-56 ton ve kule ağırlığı 12-88 ton arasında değişmektedir. Türbinler için hesaplanan çalışma ömrü 20 yıl kadardır. Bu ömrün 30 yıl olduğu savlanılmakla birlikte, konu test ve inceleme aşamasındadır. Türbin gücü, rüzgar hızının, süpürme alanının ve güç faktörünün fonksiyonudur. Rüzgar hızı yükseklikle arttığından, aynı çaplı bir rüzgar rotorunun daha yüksek kuleye yerleştirilmesi ile elde olunabilecek güç artmakta ise de, kule ağırlığının ve maliyetin artması bir sınır koymaktadır. Türbinden bir yıl boyunca üretilebilecek enerji ise yıllık ortalama rüzgar hızına ve frekansına bağlıdır.
Rüzgar enerjisi için bir diğer uygulama alanı küçük güçlerde olmak üzere otoprodüktör elektrik üretimi ve mekanik enerji ile su pompajıdır. Küçük güçlü rüzgar jeneratörleri birkaç yüz W ile birkaç kW arasında güce sahiptirler. Elektrik şebekesinden bağımsız olarak çalıştırılan bu makinelerde akülü depolama sistemleri bulunur. Bunlar küçük ve uzak yerler için güvenilir güç üretirler. Bu sistemler diğer enerji çevrim sistemleri (fotovoltaik veya dizel jeneratörler) ile entegre biçimde kullanılabilmektedir. Deniz fenerleri ve telekomünikasyon alanında tipik uygulama örnekleri vardır.
1990 yılında dünya çapında bir milyonun üzerinde rüzgar su pompaj sisteminin işletilmekte olduğu tahmin edilmektedir. Halen bir yılda tesis edilen rüzgar pompaj sistemleri tahminen 10 binin üzerindedir. Rüzgar mekanik su pompajında, temelde klasik çok kanatlı çarklar kullanıl*maktadır. Bu makineler düşük rüzgar hızında çalışabilen, yüksek ilk hareket momenti sağlayabilen ve su pompası ile bağlantılı olarak çalışan ünitelerdir. Rüzgarla su pompajı konusunda geliştirilmiş bulunan mekanik sistemlerden elde edilen suyun maliyetleri, rüzgar hızına ve talep edilen pompaj yüksekliğine bağlı olarak değiştiğinden elde edilen suyun maliyeti m3 başına maliyet yerine mekanik eşdeğer enerji maliyeti olarak verilmektedir. Bu değer 3 m/s rüzgar hızı için 3 $/kWh civarındadır, yapılabilecek iyileştirmeler ile bu rakamın 0.8 $/kWh’a düşürülebileceği tahmin edilmektedir.


5.4.2 Rüzgar Enerjisi Ekonomisi
Rüzgar enerjisi bedava enerji değildir. Rüzgarın fiyatı yoktur, ama taşıdığı enerjinin tutularak istenilen biçime çevrilmesi için yatırım ve harcama gerektiren rüzgar türbin- jeneratör sistemlerine gerek vardır. Bu nedenle rüzgardan üretilen elektriğin bir maliyeti bulunur. Sağlanan teknolojik gelişmeler ve verim artışları ile bu maliyet sürekli düşürülmüştür. Ortalama 25 yıl amortisman süresi olan türbinler için ilk yatırım gideri ABD’de 750 $/kW düzeyine indirilmiştir. Ancak, Avrupa ve dünya piyasasında modern rüzgar türbinlerinin kuruluş maliyeti 1400 $/kW’a kadar çıkmaktadır. Rüzgar enerjisi kullanımının gelişebilmesi için bu fiyatın 1000 $/kW’ın altında kalması gerekmektedir. Denizüstü rüzgar türbinleri kara tipi türbinlere göre 1.5-2 kat daha pahalıya kurulabilmektedir.
Amerika’da 1981 yılında ilk rüzgar enerjisi projelerinde rüzgar elektriğinin birim maliyeti 30 cts/kWh iken, onbeş yıl sonrasında 5 cts/kWh’ın altına düşürülmüş olup, 1997 yılında 3.5 cts/kWh’a kadar inen uygulamalar vardır. Avrupa’da rüzgar elektriğinin en yüksek maliyeti 10.2 cts/kWh ile kurulu gücün en çok olduğu Almanya’da görülmekte, en düşük maliyet ise İngiltere’de 5.7 cts/kWh düzeyinin altında bulunmaktadır. Ancak, Almanya’da 5.6 cts/kWh’a düşen, İngitere’de ise 6.2 cts/kWh’a çıkan uygulamalar vardır. İngiltere’de rüzgardan elde edilen elektriğin birim maliyeti gaz santrallarından üretilen elektriğin maliyetinin 1.4 katı iken, nükleer santrallardan üretilenin %52’si, yeni kömür santrallarından elde olunanın da %71′i kadardır. Avrupa’da rüzgar çiftliklerinden elektrik dağıtım kuruluşlarınca enerji alım bedelleri aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.


Kaynak.: Wind Power Monthly, November 1996
Birim güç başına türbin fiyatlarına gelince, ABD’de iç fiyat olarak 750 $/kW düzeyine inilmiş olmakla birlikte, Avrupa’da rüzgar türbini üretici 18 büyük firmadan Türkiye için alınan tekliflere göre, özgül türbin fiyatları 900-1250 $/kW arasında bulunmaktadır. Bugün için santral kurmada önemli olan 450-750 kW’lık türbinlerin ortalama özgül fiyatı 1000 $/kW dolayla*rındadır. 1000 kW ve daha büyük güçlü türbinler, henüz yeni geliştirilen yeni teknoloji ürünü makineler olduklarından, bunların özgül fiyatları 1400 $/kW’ın üzerine çıkabilmektedir. Genelde türbin gücünün artması ile özgül türbin fiyatı düşmektedir. Örneğin, 100 kW’ın altındaki makinelerde özgül fiyatın 1300-1700 $/kW düzeylerine yükseldiği görülmektedir. 100-250 kW arasındaki türbinler için özgül fiyat 1150-1400 $/kW düzeylerindedir.
Onbeş yılda rüzgar elektriğinin birim maliyeti yedide birine düşürülmüştür ve yeni kömür santralları ve nükleer santrallardan ucuz, doğal gaz santrallarından pahalıdır. Çeşitli ülkelerin yanı sıra Türkiye için de geçerli olmak üzere, ticari elektrik üretiminde 5-6 cts/kWh sınır alınırsa, rüzgar elektriğinin en düşük birim maliyeti bu sınırın altına inebilmektedir. Bir kömür santralından üretilen elektriğin çevre maliyeti 5 cts/KWh’ı aşabilmektedir. Rüzgar santrallannın kuruluş maliyeti 1000 $/kW düzeylerine indirilmiş olduğundan, bu santrallar çevre ile uyumlu ekonomi açısından klasik santrallarla rekabete girişebilecek duruma gelmişlerdir.
Fosil yakıtlara karbon vergisi getirilirse, rüzgar enerjisi çoğu ülke için öncelikli pozisyonlar yakalayabilir. Yüksek bir karbon vergisi, rüzgar enerjisinin yaygın olarak kullanılmasını, planlanandan 5-10 yıl daha erkene alabilir. Rüzgar enerji ekonomisi, enerji tasarrufu ekonomisi ve verim yükseltme ölçümleri ile rekabet edebilmelidir. Rüzgar enerji ekonomisinde türbinlerin ömürleri de etkilidir. Halen, ömürlerin 30 yıl olacağı konusu test edilmektedir. Ömür önemli oranda düşük çıkacak olursa, rüzgar enerjisi gelişiminde gecikme ya da duraklama görülebilir. Ancak, geliştirilmiş rüzgar türbinlerinin 30 yıllık bir doğal deneyim süresi bulunmamaktadır. Laboratuvar koşullarında yapılan ömür testleri ile bazı kestirimlerde bulunulabilire de, 30 yıl bu tür makineler için olduça uzun bir ömür olarak görülebilir. Her beş yılda bir teknolojinin önemli oranda değiştiği de göz önüne alınırsa, hesaplamalarda rüzgar türbinlerine 20-25 yıldan yüksek ömür tanınmamalıdır. Yakıt fiyatları tahmin edilenden yüksek düzeylere ulaşırsa, rüzgar enerjisinin gelişimi daha hızlı olabilir.
Genel olarak iyi bir rüzgar tarlasında toplam üretim maliyetinin 0.05-0.10 $/kWh olacağı söylenebilir. Toplam üretim maliyetini en çok etkileyen, rüzgar hızı ve iç karlılık oranı tahminleridir. Avrupa Rüzgar Enerjisi Birliği (EWEA) tarafından yaptırılan bir çalışmada, hub seviyesindeki rüzgar hızının ve 20 yıllık bir borçlanmada gerekli karlılık oranının fonksiyonu olarak hesaplanan elektrik maliyeti ($/kWh) aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.
Tablo 4: hub seviyesindeki rüzgar hızının ve 20 yıllık bir borçlanmada gerekli karlılık oranının fonksiyonu olarak
hesaplanan elektrik maliyeti ($/kWh)




Yukarıda açıklanan çıplak maliyetlerin yanı sıra sosyal maliyetlerin de ele alınması gerekir. Çünkü, elektrik üretiminde uygulanan belirli bir teknolojinin tüm maliyetlerini toplum ödemektedir. Rüzgar enerjisi ve alternatiflerinin toplam sosyal veya dış maliyetlerini kıyaslamak için, şu maliyet kalemleri dikkate alınmaktadır: Ar-Ge maliyeti, devletin yüklendiği Ar-Ge maliyeti, sağlanan vergi indirimi veya kolaylığı, borçlanma (borç garantileri), çevre temizliği maliyeti, ekonomik gelişme maliyeti, arz emniyeti - güvenliği ve bağlantı maliyeti, sistem işletme maliyetleri, kaynak tüketme maliyeti. Bu maliyet kalemleri açısından yapılan değerlendirme, rüzgar enerjisini avantajlı duruma getirmektedir.