RÜzgar enerjiSİ,TEŞVİkleri ve kurulum maliyetleri Yrd. Doç. Dr. Alper Özpinar

RÜZGAR ENERJİSİ,TEŞVİKLERİ VE KURULUM MALİYETLERİ

• Yrd. Doç. Dr. Alper ÖZPINAR

• İstanbul Ticaret Üniversitesi

İçerik

• Rüzgar Enerjisi Temel Kavramları

• Rüzgar Türbini ile Elektrik Üretimi

• Rüzgar Türbini Kurma Maliyetleri

• Türkiye Rüzgar Haritası ve Rüzgar Enerjisi Potansiyeli

• Yenilenebilir Enerji Konusundaki Yasa ve Teşvikler

Günümüz dünyasında enerji;

• Günümüz dünyasında enerji;

• konutlar,
• sanayi
• ulaşım sektörünün

• en önemli girdilerinden biridir.

• Her geçen gün büyük bir hızla gelişen teknolojinin hayatımızdaki yeri ve insanların refah düzeylerindeki kalite artışı, enerjiye olan talebi doğrusal olarak her geçen gün arttırmaktadır.

Rüzgar Enerjisi

• Rüzgar enerjisi sistemlerinin temel yakıtı yada girdisi rüzgarlardır. Rüzgarın kinetik enerjisini mekanik veya elektrik enerjisine çevirip kullanıma sunan sistemlerde rüzgar enerjisi sistemleridir. Rüzgarın oluşmasındaki temel ilke, sıcak havanın yoğunluğunun soğuk havadan az olması nedeniyle yükselmesi ve bu şekilde havanın yer değiştirmesinden kaynaklanan akımlardır.

Rüzgar’ın Oluşumu

Rüzgar Enerjisi’nin Teorisi

• Rüzgar türbinleri gücünü rüzgar gücünü rotor bıçaklarına veya kanatlara etki eden dönme kuvvetinden yani torktan almaktadır. Rotora transfer edilen enerji havanın yoğunluğuna, rotor alanına ve rüzgarın hızına bağlıdır.

• Normal basınç altında 15° C de hava 1.225 kg/m3 olmasına rağmen nemin artması ile birlikte nispeten azalmaktadır. Tipik bir 600 kW rüzgar türbine ise 43-44 m çapında rotor veya kanatlara sahiptir ki bu da yaklaşık 1500m2 rotor alanı demektir. Rotor alanı bir türbinin ne kadar rüzgar enerjisi toplayabileceğini gösterir. Rotor alanı çapın karesi ile orantılı olduğundan rotor çapı iki katına çıkarken kapasite dört katına çıkmaktadır.

Kaldırma kuvveti

Bet’z Kanunu

• rotor çok hızlı dönüyorsa rotor verimi yine düşer, çünkü bir kanatın neden olduğu türbülans gittikçe artan bir oranla takip eden diğer kanadı etkiler.

• Genel bir yöntem olarak rotor verimi kanat uçlarındaki hız oranının (tip-speed-ratio=Kanat-ucu hız oranı =KHO) bir fonksiyonu olarak tanımlanır. (Not: KHO, literatürde λ olarak ta verilir.) Rüzgar türbinleri için kanat-ucu hız oranı, kanat ucu dönüş hızının gerçek rüzgar hızına oranıdır

Kontrol Mekanizamaları

• Rüzgar türbinlerinin kontrol mekanizmaları eskiden sadece türbini çalıştırma, durdurma ve aniden çok hızlı çalışmasını engellemek, titreşimi azaltmak gibi temel problemleri çözmek için kullanılıyordu.

• Günümüzde ise kontrol mekanizmaları elektronik devreler ve mikrobilgisayarlardan oluşmakta ve gerek türbinin kendi başına çalışmasını gerekse bir rüzgar tarlası içinde birlikte çalışmasını kontrol etmek için kullanılmaktadır. Bu konuda Amerikan Enerji Bakanlığı DOE’nin çalışmaları bulunmaktadır

Kanat Açısı Kontrolü (Pitch Kontrol)

• Aerodinamik olarak kanatlar incelendiğinde hava akımının kaldırma etkisi yani kanatların altından ve üstünden akan hava akımları farklı zamanlarda kanadı terk ettiklerinden dolayı oluşan basınç farkı neticesinde kanat yükselmekte yada türbinlerdeki gibi dönmektedir, kanat açılarına göre basınçlar ve rüzgarın kaldırma etkisi değişmektedir.

Stall Kontrol

• Stall etkisi ise kanatların hava akımı ile yaptıkları açı yüzünden kanat üzerinde oluşan türbülans etkisinin kullanılarak rüzgar enerjisinin fazlasının kullanılmaması prensibi üzerine kurulmuştur .

• Stall kontrollü sistemler, sabit açılı yani pasif sistemlerden oluşabileceği gibi açı kontrollü sistemler gibi aktif sistemlerden oluşabilir.

Stall Kontrolü

Elektrik Üretimi

• Kanatların fonksiyonu, rüzgâr kinetik enerjisini dönen mil gücüne çevirerek generatörün dönmesini ve böylece elektrik gücünü üretmektedir. Akü şarjı yapan küçük rüzgâr türbinleri dc generatörleri kullanırken, şebekeye paralel çalışan rüzgar türbinlerinde ise ac generatörler (asenkron ve senkron) kullanırlar.

Elektrik Üretimi

• Asenkron makinalar sabit hızlı veya değişken hızlı sistemlerde kullanılabilirken, senkron makinalar normal olarak değişken hızlı sistemlerde güç elektroniği ara yüzü ile birlikte kullanılırlar.

Elektrik Üretimi

• Temel olarak enerji dönüşüm sistemlerinde kullanılan asenkron generatörler 3 çeşittir. Bunlar sincap kafesli, yuvarlak rotorlu ve çift beslemeli asenkron generatörlerdir.

• Sincap kafesli asenkron makine bir ac sisteme doğrudan bağlanıp sabit hızda işletilebileceği gibi güç elektroniği üniteleri ile birlikte değişken hızlarda da işletilebilir.
• Yuvarlak rotorlu asenkron generatörler ise kayma kontrolünü sağlayan rotor dirençleri ile birlikte bir ac sisteme doğrudan bağlanabilirler. Burada kayma kontrolü ile işletim hızı ancak belirli hız aralıklarında ayarlanabilir.
• Çift beslemeli asenkron generatör ise güç elektroniği dönüştürücülerinin boyutuna bağlı olarak çok daha geniş aralıklarda hız ayarlama imkanı verir.

Rüzgar Enerjisi Potansiyeli ve Tahmini

• Rüzgar santrallerinde enerji üretiminde planlamadan üretime geçiş aşamasına kadar yaşanan başlıca sorun, rüzgar potansiyelinin büyüklüğünün ve zamana bağlı değişiminin etkin bir şekilde modellenmesidir. Rüzgarı karmaşık meteoroloji modelleri ile modellemek hala yeterli bir çözüm olamamıştır [2]. Rüzgar hızı doğrusal olmayan bir şekilde dalgalanmaktadır. Kullanılan modeller istatistiki dağılım ve tahmin modelleri üzerinde yoğunlaşmaktadır. Literatürde en sık kullanılan istatistiki model ise aşağıda grafiği görülen Weibull Dağılımı’dır

Enerji Sistemlerinin Kalitesi ve İstikrarı

Rüzgar Türbinleri Kontrol Mekanizmaları

• Kanat Açısı Kontrolü, Pitch Kontrol,Stall Kontrol

• Aerodinamik olarak kanatlar incelendiğinde hava akımının kaldırma etkisi yani kanatların altından ve üstünden akan hava akımları farklı zamanlarda kanadı terk ettiklerinden dolayı oluşan basınç farkı neticesinde kanat yükselmekte yada türbinlerdeki gibi dönmektedir, kanat açılarına göre basınçlar ve rüzgarın kaldırma etkisi değişmektedir

Enerjinin Saklanması

• Rüzgar enerjisi sistemlerinde en önemli konu rüzgarın kontrol edilemez bir kaynak olmasıdır, dolayısı ile elde edilen gücü saklamak ve sonrasında kullanabilmek önemli bir kriterdir. Bu anlamda farklı teknolojiler mevcuttur, ancak bunlar karşılaştırdığımızda farklı zamanlar için değişik tercihler ve seçimler yapmak gerekebilir. En uygun kararı vermek için teknolojileri yakından takip etmek ve güncel tutmakta fayda vardır

Teşvik ve Destekler