Rüzgar Enerjisi

Giriş

Teknoloji bölümü;

  • Tüm rüzgâr enerjisi geliştirmelerinin esası olan rüzgâr kaynağını,

  • Modern Avrupa teknolojisini,

  • Araştırma ve geliştirme gereklerini incelemektedir.

Kaynak

1995 yılında AB’de elektrik üretimi 2384 TWh düzeyine ulaştı. Tahmini rüzgâr potansiyeli arzda %20’lik bir paya müsait olmak üzere 588 TWh’dır (Karadaki kaynak). Bundan yıllık TWh’ı aştığı tahmin edilen sulardaki kaynak hariçtir.

Teknoloji durumu

AB rüzgâr endüstrisinin başlıca başarısı 10 MW’lık rüzgâr türbinlerinin halen piyasada mevcut olmasıdır. Maliyet eğilimleri, bu en son MW’lık türbinlerinin ölçek artırımına ve büyük sulardaki (denizdeki) birimlere yönelik yeni kavramlara duyulan ihtiyaca hitap edilmesinin şimdi aciliyet kazanmasına rağmen aynı ölçüde rekabetçi olduğunu göstermektedir. Adım adım yenilik kabûl gören dişli tahrik düzenine sahip Danimarka, yavaşlama ayarlı kavramını tamamlayıcı değişken hızlı ve doğrudan tahrikli tasarımların ortaya çıkmasına yol açmıştır.

Artan rüzgâr türbini güvenirliği ve dünya çapında piyasalara sunulan ilerlemeler teknolojinin geleceğinin parlak olduğu anlamına gelmektedir. Avrupa Komisyonu ve AB üyesi devletlerce rüzgâr türbini davranışının dikkatli model oluşturma ve ölçüm suretiyle daha iyi anlaşılması için araştırmaya yapılan önemli yatırımların gerçek yararları şimdi alınmaya başlamıştır. Araştırma dikkatle desteklenmelidir ve gelecekte teknoloji geliştirilmesinde önemli bir rol oynayacaktır.

Avrupa araştırma ve geliştirilmesinin durumu

Kapsamlı ölçüm ve model olay faaliyetlerinde AB Joule Programı gibi ulusal ve uluslararası araştırma programları tarafından sağlanan finansman ile imkân sağlanmaktadır. Temsili rüzgâr alanı, pervane aerodinamiği, hesaplamaya dayalı akış dinamiği, aeroelastik, hava folyosu tasarımı ve hava akustiği alanlarında tasarım aracı geliştirilmesi devam etmektedir. Rüzgâr çiftliği tasarım araçları ve rüzgâr çiftliği yönetimi için donanım sistemlerinin daha da geliştirilmesi için önemli potansiyel mevcuttur. Kilit araştırma alanları arasında çok hafif / esnek tasarımlar, pervane sistemleri geliştirilmesi, hava folyosu tasarımları, kanat malzemesi geliştirilmesi, doğrudan tahrikli sistemler, en uygun ünite boyutlandırılması, ulusal elektrik sistemi entegrasyonu, karşıt yerler, hibrid sistemler ve çok MW’lı tasarımlar bulunmaktadır. Uyumlulaştırılmış uluslararası tasarım standartları gerçekleştirilmektedir ve rüzgâr teknolojisinin başarısı için kritiktir.

Rüzgâr enerjisi sektöründe, bir sonraki büyük sıçrama sulardaki geliştirme alanında olacaktır. Bu teknolojinin potansiyeli muazzamdır ve desteklenmeye, önemli ölçüde araştırma ve geliştirme desteğine muhtaçtır ve buna lâyıktır.

Rüzgâr Enerjisi Teknolojisi

İçindekiler

    1. Giriş
    2. Kaynak
    3. Rüzgâr Teknolojisinin Durumu
    4. Avrupa Rüzgâr Enerjisi Araştırma ve Geliştirmesinin Durumu
    4.1. Gelecekteki Tasarım İhtiyaçları
    4.2. Rüzgâr Türbini Kavram Geliştirme
    4.3. Pervane Sistemleri Geliştirme
    4.4. Doğrudan Tahrikli Sistemler
    4.5. Çok MW’lı Tasarım
    4.6. Su Tasarımı
    4.7. Ulusal Elektrik Sistemi Entegrasyonu
    4.8. Karşıt Yerler
    4.9. Hibrid Sistemler
    4.10. Standartlar ve Belgeleme
    5. Referanslar

Giriş

Bu bölümde;

    Tüm rüzgâr enerjisi geliştirilmelerinin esası olan rüzgâr kaynağını,
    Modern Avrupa teknolojisini,
    Araştırma ve geliştirme gereklerini özetlemektedir.

Teknolojinin gelişiminin ayrıntılı geçmişini veren bir Teknik Ek sunulmaktadır. Ek, tarihsel perspektif, mevcut teknoloji, rüzgâr çiftliği hususları ve mevzuat hususları içermektedir.

Bu yapı, sektörün tarihsel perspektifi ve daha ayrıntılı teknik hususlarını dikkate alması muhakkak gerekmeksizin okuyucuya gelecekteki teknoloji gereklerini değerlendirme fırsatı vermeyi hedeflemektedir.

2. KAYNAK

Rüzgar enerjisi teknolojisini doğru kavramına oturtmak üzere rüzgar enerjisinin stratejik potansiyelinin en azından yaklaşık bir tahmininin bulunması önemlidir. Kaynağın yaklaşık bir tahmini yeterlidir, zira en azından en basit biçimde potansiyel muazzamdır.

Bu potansiyelin tahminine yönelik teşebbüslerin çoğu aynı temel adımları kullanır:

1. İklimsel ve fiziksel özelliklerin tanımı – ortalama rüzgâr hızı ve türbinlerin yerleştirilebileceği alanlar.
2. (1.madde) sonuçlarından hareketle geliştirme potansiyelinin tahmini.
3. Mevcut teknolojiyi kullanarak elde edilebilecek enerji veriminin tahmini.

İkinci adımın nihai sonuç üzerinde büyük etkisi vardır ve hassas doğrulukla uygulanması çok zordur. Bu husus iki etüdün sonuçlarının karşılandığı aşağıdaki tabloda açıkça gösterilmektedir.

Van Wijk ve Coelingh, sistematik ve Grubb ve Meyer’den oldukça daha muhafazakâr bir yaklaşım kullandı. Van Wijk ve Coelingh 5.1 m/s’den yüksek ortalama rüzgâr hızına her arazinin potansiyel olarak istifade edilebilir olduğunu kabûl etmiş ve pratik ve sosyal sınırlamalardan dolayı bu arazinin ancak %4’ünün kullanılabileceği varsaymışlardır. Almanya’da kısa süre önce Bundesministerium fur Wirtschaft tarafından yapılan bir etüd bu hesaplamalarda kullanılan varsayımların önemini daha da vurgulamıştır. Bu etütte ortalama rüzgâr hızı 4 –5 m/s arasındaki arazi dahil edilirse tek başına Almanya’daki teknik potansiyelin yıllık 90 TWh düzeyine ulaştığı gösterilmektedir. Bu etütlerin hiçbiri Matthies ve Garrad tarafından sadece Avrupa sularında yıllık 2500 TWh düzeyinden fazla olarak tahmin edilen sulardaki potansiyeli içermemektedir.

Bölge

Grubb ve Meyer (TWh)

Van Wijk ve Coelingh (TWh)

Afrika

10 600

-

Avustralya

3 000

1 638

Kuzey Amerika

5 400

-

Latin Amerika

5 400

-

Batı Avrupa

480

520

Doğu Avrupa ve Eski Sovyetler

10 600

-

Diğer Asya

4 900

-

Toplam OECD

 

6351

Yaklaşık dünya toplamı

50 000

20 000

Dünya 1994 elektrik tüketimi

Yıllık 12

500 TWh

OECD tüketimi

Yıllık 6

351 TWh

Tablo 2.1. Bölgesel rüzgâr enerjisi potansiyeli ve Dünya elektrik tüketimi

Avrupa’daki kaynak hakkında ayrıntılı açıklama verdikleri için Van Wijk ve Coelingh’in analizinin daha yakından incelenmesi bilgi verici olacaktır. Bu, her ülkenin sadece teknik potansiyelini değil aynı zamanda elektrik tüketimini de veren aşağıdaki tabloda gösterilmektedir. Bu tabloya İsveç ve Danimarka’da halen tespit edilmiş sulardaki potansiyel dahildir. Ayrıca ulusal ızgara sisteminin rüzgâr enerjisinin arzda %20’lik bir payı olmasını sağlayabildiği takdirde son sütunda gösterilen potansiyel hesaplanabilecektir. Bu sınırlamanın uygulanması gelecekte önemli bir ticari mal olacak rüzgârdan üretilmiş elektrik ihracat potansiyelini ihmâl etmektedir.

Ülke

1995 elektrik tüketimi
(yıllık TWh)

Teknik rüzgâr potansiyeli Van Wijk ve Coelingh
(yıllık TWh)

Gerçekçi potansiyel=tüketimin %20’si ile Teknik potansiyelden en azı
(yıllık TWh)

Avusturya

60

3

3

Belçika

82

5

5

Danimarka

31

27

6.2

Finlandiya

66

7

7

Fransa

491

85

85

Almanya

534

24

24

İngiltere

379

114

75.8

Yunanistan

41

44

8.2

İrlanda

17

44

3.4

İtalya

207

69

41.4

Lüksemburg

1

0

0

Hollanda

89

7

7

Portekiz

32

15

6.4

İspanya

178

86

35.6

İsveç

176

58

35.2

Toplam AB

2384

588

343.3

Tablo 2.2 Avrupa rüzgâr enerjisi potansiyeli ve elektrik tüketimi

Rüzgâr enerjisi potansiyeline bu kısa girişin mesajı çok açıktır: İstifade kaynak ile sınırlı olmayacaktır.

3. RÜZGÂR TEKNOLOJİSİNİN DURUMU

Avrupa rüzgâr teknolojisi büyük bir başarı öyküsüdür. 15 yıl içinde küçük, basit ve bazen güvenilmez makineler yapan bir endüstriden güç üretiminin iyice yerleşmiş klasik biçimleri ile rekabet edebilen bir teknolojiye dönüşmüştür. 600 kW aralığında orta boy makinelerin büyük çaplı üretimine ve ticari açıdan gelecek vaat eden megawatt boyutunda 10 kadar tasarıma sahiptir. Kullanılabilir nominal kapasitede artış (500 – 600 kW’tan 1.5 MW’a yaklaşık 3 kat) etkileyicidir ve 1990 yılından bu yana çok hızlı bir gelişme olmuştur. Sektör denizde büyük gelişmelere hazırlanırken en büyük ünitelerin doğuşu tam zamanında olmuştur. Bu gelişme Şekil 3.1’de şema halinde gösterilmiştir.

Image

Şekil 3.1 Ticari makinelerin gelişimi (tüm parametreler için 1992 = %100) 

Yatırımcılara güven sağlamak için standartlar ve belgeleme açısından sürekli çaba gerekir. Bu önemli çalışma alanı hem tasarım hem de imalât kalitesinin sürekli iyileştirilmesinden sorumlu olmuş ve sektörün ilk öncü aşamadan dünya çapında piyasada rekabet edebilecek rekabetçi bir sektöre geçmesine yardım etmiştir. Bu cephede sürekli çaba hayati önemdedir.

Öncekinden daha büyük ölçüde hakimiyet kuran 3 kanatlı tasarımlarda tasarım birliği gerçekleşmiştir. Değişken hızlı sistemler giderek artan ölçüde kullanılmaktadır. Doğrudan tahrikli jeneratör teknolojisi kısa süre öncesinin büyük bir yeniliği olmuştur.

Rüzgâr enerjisi potansiyelinden yaygın istifade için farklı yer türlerine göre iyi optimize edilmiş makineler gerekecektir:

  • yüksek veya düşük rüzgâr hızlı,

  • kara veya deniz,

  • uzak veya ulusal elektrik sistemine bağlı,

  • büyük veya küçük uygulamalar.

Maliyet eğilimleri bu en son MW’lık türbinlerinin ölçek artırımına ve büyük deniz birimlerine yönelik yeni kavramlara duyulan ihtiyaca hitap edilmesinin şimdi aciliyet kazanmasına rağmen aynı ölçüde rekabetçi olduğunu göstermektedir. Başlıca denizdeki gelişmeler muhakkak ki gelecek asrın ilk kısmında olacak. Bu, teknoloji için bir sonraki büyük adım olacak ve potansiyelde özellikle Avrupa sularında büyük bir artışla sonuçlanacak.

Rüzgâr türbinleri ile ulusal elektrik sistemi arasındaki etkileşimin dikkatli incelemesi hem teknik tasarımın hem de politik tavrın önemli bir alanı olmaya devam edecek. Bu husus gelecek 10 yılda sektör için belirlenen önemli hedefler gerçekleştikçe ön plana gelecek ve ulusal elektrik sistemi yönetiminin Avrupa çapında düzenleme tarzının kökten yeniden düşünülmesini gerektirecektir.

Rüzgâr türbinlerinin artan güvenirliliği ve dünya çapında piyasalara artan nüfuzu teknolojinin geleceğinin parlak olduğu anlamına gelmektedir. Avrupa Komisyonu ve AB üyesi devletlerce rüzgâr türbini davranışının dikkatli model oluşturma ve ölçüm suretiyle daha iyi anlaşılması için araştırmaya yapılan önemli yatırımların gerçek yararları şimdi alınmaya başlamıştır. Araştırma dikkatle desteklenmelidir ve gelecekte teknoloji geliştirilmesinde önemli bir rol oynayacaktır.

4. AVRUPA RÜZGÂR ENERJİSİ ARAŞTIRMA VE GELİŞTİRMESİNİN DURUMU

“Rüzgâr enerjisi sektöründe bir sonraki büyük sıçrama denizdeki geliştirme alanında olacaktır.”

Bu kısımda teknolojinin farklı alanlarının durumu değerlendirilmekte ve araştırma geliştirme ihtiyaçları belirlenmektedir.

4.1 Gelecekteki tasarım ihtiyaçları

4.1.1 Tasarım araçları

Son 20 yılda araştırma çalışanları rüzgâr türbinlerinin davranışını temsil eden matematik modellerin geliştirilmesinde hayati bir rol oynamıştır. Bu çalışma kapsamlı ölçüm ve model onay faaliyetlerine içermiş ve AB Joule Programı gibi ulusal ve uluslararası araştırma programları tarafından sağlanan finansman ile mümkün olmuştur.

Araştırma kurumlarının geliştirdiği matematik modellere duyulan güven arttıkça sektörün ilk günlerinin basitlik yanlısı tasarım yaklaşımlarının yerine bu modelleri tasarım hesaplamalarının esası olarak kullanmayı isteyen rüzgâr türbini imalâtçılarının ilgisi artmıştır. Bu nedenle şimdi rüzgâr türbinlerinin davranışının güvenli modellerini sunan ancak aynı zamanda tasarımcıları ihtiyaç duyduğu kalite, sağlamlık ve kullanım kolaylığı sağlayan yazılım araçlarının geliştirilmesi araştırmacıların önündeki zor görevdir. Bu süreç oldukça ilerlemiştir ve şimdiden Avrupalı araştırma ve danışmanlık kurumlarının ürünü çok sayıda bilgisayar programı mevcuttur ve şimdi rüzgâr türbinlerinin tasarımı ve belgelenmesi için imalâtçılarca kullanılmaktadır.

Daha fazla ARGE çabası gerektiren rüzgâr türbini performansının ve yüklemenin tasarım hesaplamasında halen kullanılan yöntemlerin çeşitli yönleri vardır:

Temsili rüzgâr alanı

Aşağıdaki durumlarda çalışırken rüzgâr türbinlerinin karşılaştığı rüzgâr özelliklerinin uygun modellerinin daha fazla araştırılması gerekmektedir:

  • rüzgâr çiftliklerinde pervane akıntısında,

  • kompleks arazi merkezlerinde,

  • farklı atmosferik stabilite şartlarında.

Çok önemli ve büyük belirsizlik içeren bir alan aşırı rüzgâr şartlarının modelinin kurulmasıdır. Mevcut tasarım standartları aşırı rüzgâr şartlarının oldukça tesadüfi tecrübe bir tarifine dayalıdır ve bu yaklaşımın doğrulanması veya yerini alternatif ihtimâlci yöntemlere bırakmasına acil ihtiyaç vardır.

Pervane aerodinamiği

Bu alanda kapsamlı araştırma yapılmışsa da dönen bir rüzgâr türbininin aerodinamik yavaşlamasının geliştirilmesine dair genel anlayış hâlâ yetersizdir ve yavaşlama modelinin kurulması mevcut tasarım hesaplama yöntemlerinin en önemli yetersizliği sayılmaktadır. Mevcut belirsizlik yavaşlama ayarlı rüzgâr türbinleri için performans ve yükleme tasarım hesaplamalarında güven yetersizliğinden kaynaklanmaktadır.

İstikrarlı ve dinamik yavaşlamalı çeşitli hava folyosu kesitlerinde ve pervane konfigürasyonlarında güvenilir modellerin geliştirilmesi bu alanda halen sürdürülen büyük deney ve teorik araştırma programlarının devamını gerektirmektedir.

Hesaplamaya dayalı akış dinamiği

Hesaplamaya dayalı akış dinamiği araçları çeşitli mühendislik disiplinlerinde geliştirilmektedir. Rüzgâr enerjisi bu dinamiğin kullanılabileceği alanlardan sadece biridir. Rüzgâr enerjisi teknolojisinin hâlâ doğru anlaşılmamış önemli yanları vardır; kanatlardan lokal akım ve kompleks arazide rüzgâr akımı. Her ikisi de CFD araçlarının uygulanmasından büyük ölçüde yaralanacaktır. Rüzgâr akımının ve lokal akımın daha iyi anlaşılması teknolojinin uygulanma güveninde büyük iyileşme sağlayacak ve önemli maliyet azalmaları meydana gelecektir.

Aeroelastik

Rüzgâr türbin araştırma kodlarının ve tasarım araçlarının mevcut kuşağının doğruluğu esnek makinelerin ölçümleri ile çok az kontrol edilmiştir. Bu bakımdan rüzgâr türbinlerinin bağlantılı mod özellikleri, aeroelastik stabilitesi ve yüksek sapma gösteren esnek elemanlarla yüklenmesine ilişkin güvenilir hesaplamalar yapılmasında kullanılabilecek tasarım araçlarına yol açacak daha fazla araştırma çabası gerekecektir.

İlgili araştırma programlarının devamı ve bilgisayarların aratan gücü ile rüzgâr türbini imalâtçılarının yaptığı tasarım hesaplamaları daha fazla gelişmeye ve daha fazla güvenilir olmaya devam edecektir. Bu trend ancak gereksiz tasarım tutuculuğunun azaltılmasına yol açabilir.

4.1.2 Genel ARGE

Yukarıda belirtilen araştırma alanlarına ek olarak daha fazla araştırma çabası gerektiren alanlar şunlardır:

  • hava folyosu tasarımı,

  • hava akustiği,

  • tasarım standartlarının doğruluk kontrolü ve geliştirilmesi,

  • güvenilirlik analizi,

  • malzeme verilerinin güvenilirliğinin iyileştirilmesi,

  • deniz rüzgâr türbinleri tasarım yöntemleri ve varsayımları.

Hava folyosu geliştirilmesi, rüzgâr türbini pervanelerinden çok daha fazla elde edilmesi mümkün olduğundan değil; yavaşlamanın ayarlanması, yüklerin ve hava folyosu ebadı ve biçiminin yapısal etkilerinin kontrolü daha düşük maliyetli pervane kanatları ve rüzgâr türbini sistemlerine katkıda bulunabileceği için önemli olmaya devam etmektedir.

Rüzgâr çiftliği yönetimi tasarım araçlarının ve donanım sistemlerinin daha da geliştirilmesinde de önemli bir potansiyel mevcuttur.

4.2 Rüzgâr türbini kavram geliştirme

4.2.1 Çok hafif/esnek tasarımlar

Özellikle bazı çevresel kısıtlamalardan daha yüksek serbesti sağlayabilecek sulardaki yerler için daha büyük üretim birimlerine açık bir ihtiyaç mevcuttur. Yüksek hızlı çok hafif türbinler düşünülebilir. Önceden bahsedildiği gibi, ağırlık ve maliyet azalması elde etmek üzere yapısal esneklikten istifade hala muhtemelen varsayıldığından daha sınırlıdır. Kompozit menteşeler ve diğer esasen “akıllı” malzemelerin geliştirilmesi rüzgâr türbini sistemlerinde artan uygulama bulabilir. Kanat yapılarında takibi için şimdiden fiber optikler değerlendirilmektedir.

4.2.2 Yüksek veya düşük rüzgâr hızlı tasarımlar

Genellikle İngiltere’de, özellikle de İskoçya’da bulunan Avrupa’daki en iyi rüzgâr kaynağı en son istifade edilen kaynak olmuştur. Bu, yüksek rüzgâr hızlı yerlerdeki Avrupalı rüzgâr türbinlerinin çalışmasından elde edilen verilerin çok sınırlı olduğunu ve bu yerler için tasarımların doğruluk kontrolünün devam ettiğini imâ etmektedir.

Yüksek rüzgâr hızlı yerlere genel yaklaşım güç değerine göre daha küçük bir çap; düşük rüzgâr hızlı yerlerde ise tersine pervane çapının artması şeklinde olmuştur. Bu genellikle “göbek uzantıları” (göbek flanşı ile kanat kökü arasına takılıp toplam pervane çapının arttıran borular) kullanılarak optimum olmayan ancak çok seri bir suretle yapılmıştır. Kule yüksekliği de düşük rüzgâr hızlı yerlerde genellikle artmaktadır.

Ancak bu, değişik yer şartları ile baş çıkmanın sadece bir çap/güç oranı adaptasyonu gibi düşünülerek aşırı basitleştirilmesidir. Düşük rüzgâr hızlı yerlerin tersine yüksek rüzgâr hızlı yerler için toplam tasarım ve maliyet konularındaki farklılıklar gerçekten optimize edilmiş tasarımlar için çok önemlidir. Siparişler arttıkça daha farklılaştırılmış büyüdükçe yüksek rüzgâr hızlı ve düşük rüzgâr hızlı tasarımlar ortaya çıkabilir.

4.3 Pervane sistemleri geliştirme

4.3.1 Aerofolyo tasarımı

Rüzgâr türbinleri için iyileştirilmiş aerofolyo geliştirilmesi devam etmektedir. Kaldırma kuvveti düşük sert şartlar hassasiyeti azaltılmış aerofolyolar ve azami yüklerden kurtulma ABD geliştirmelerinin odağı olmuştur. İsveç‘te ve İngiltere’de kaldırma kuvveti yüksek değişken hızlı çalışmaya uygun aerofolyolar tasarlanmıştır. LM Glasfiber yeni aerofolyolar ve uç sesini asgariye indirmek üzere tasarlanmış yeni uç şekilleri ile çok sayıda deney yapmıştır.

Son yıllarda pervane katılığının azaltılması amacıyla daha yüksek eğimli NACA kesitleri kullanımına yönelik bir eğilim olmuştur. Ancak bu yavaşlama kaynaklı titreşimlerde artış ihtimâlini beraberinde getirmiş görünmektedir. Kanat imalâtçıları arasında hâkim eğilim imalâtı vs. kolaylaştırmak üzere firma içinde tadilat yapılabilen NACA 63 kesitleri kullanımına yöneliktir.

Yeni aerofolyo geliştirilmesi suretiyle pervane tasarımının optimizasyonu ve sistem yükü azaltılması bakımından hâlâ önemli bir potansiyel mevcuttur. Bu gelişmeler çok yavaş olacaktır. Kanat aletlerinin değiştirilmesinde önemli genel giderler, yetersiz performans riski ve yeni pervane tasarımlarına duyulan güvenin geliştirilmesi için testlere gerekli süre engeli mevcuttur.

4.3.2 Kanat malzemeleri

Kanat malzemelerinin tarih içinde metalden (doğal veya suni) kompozitlere geçişi Ek 4.5’te bahsedilmektedir. Mevcut kompozit malzeme elemanlarının imalât yöntemlerinin uygunluğu bakımından hızla geliştirilmesi devam etmektedir. Yapısal özellikleri ve gerekli reçine içeriğini değiştiren reçine transfer kalıplama, ön-emdirme (Vestas’ın kanatlarında ana kirişi ve hücre yapılarında kullandığı gibi reçine emdirilmiş kumaşlar) yöntemlerine, farklı cam kumaş örgülerine ilgi mevcuttur. Tahta epoksi imalâtlarında kullanılabilir ağaçlar araştırılmakta olup maliyet azaltımı için malzeme yeniliğinin desteklenmesi amacıyla malzeme testlerine ilgi devam etmektedir.

Geri kazanılabilir malzemelerin, ayrıca doğal liflerin kullanımına ilgi gelişmektedir. Bu tekniklerin uygulanması rüzgâr enerjisi gibi çevre dostu bir teknoloji ile özellikle ilgilidir.

4.3.3 Kontrol mekanizmaları (yavaşlama ötesi/adım)

Yavaşlama ayarlamasını iyileştirmek üzere çok sayıda deney yapılmıştır. Girdap göbeği jeneratörleri kanat imalâtçılarınca yaygın surette kullanılmakta olup sınır tabakası kontrolünün aktif bir yöntemi olarak hava fıskiyesi girdap göbeği jeneratörlerine ilgi mevcuttur.

Araştırmalar, adım kontrolünün kısmî açıklık sistemlerinin tam alan adım sistemine göre güç kontrolüne daha iyi cevap verdiği ve daha iyi güç kontrol kalitesi sağladığını, dolayısıyla daha ekonomik olabileceğini göstermektedir. Çıkan ses endişesi muhtemelen çoğu imalâtçıyı bu sistemleri izlemekten caydırmıştır. Rüzgâr türbini pervanelerinde yavaş yavaş tatbik alanı bulabilecek akıllı kanatların geliştirilmesine müsait akıllı malzemeler mevcuttur ve halen nispeten pahalıdırlar.

4.4 Doğrudan tahrikli tasarımlar

Doğrudan tahrik kavramının avantajı pervanenin dönme hızında çalışabilen bir jeneratör kullanımı ile dişli kutusunun çıkarılmasıdır. Bu iki ayrı alanda yarar sağlar:

  • tasarruf ve çok düşük bakım için pervanenin dönme hızının nispeten yüksek olduğu küçük, çok küçük türbinler,

  • basitleştirilmiş entegre tasarım ile maliyet azaltma amacını elde etmek üzere dönme hızının düşük, torkun çok büyük olduğu çok büyük türbinler.

4.4.1 Mikro türbinler (< 3kW)

Bu türbinler yaklaşık 0 ilâ 3 kW aralığındadır ve akü şarjlı doğrudan tahrik daimi mıknatıslı jeneratörleri kullanıldığı neredeyse tek alan özelliğine sahiptir. Piyasası uzak telekomünikasyon, elektrikli çitler, ev sistemleri, göçmen kişiler, eğlence araçları ve karavanlardan oluşur. Mikro türbinlerin neredeyse %90’ı daimi mıknatıslı jeneratörler kullanır.

4.4.2 Küçük rüzgâr türbinleri (< 30kW)

Doğrudan tahrik yararları tahmini düşük bakım ve yüksek güvenilirliktir. Sermaye maliyeti ve verimliliği daha az önem taşır. 2 ilâ 10 kW aralığındaki doğrudan tahrikli rüzgâr türbinleri Bergey, Westwind, Proven ve LMW tarafından geliştirilmiştir. Tümünde daimi mıknatıslı jeneratörler kullanılır. Elbette bu boy aralığında doğrudan tahrikli olamayan rüzgâr türbinleri de vardır.

Bazı imalâtçılar tasarım ve prototip aşamalarında 50 kW’a kadar doğrudan tahrikli türbinlere sahiptir. Atlantic Orient Corporation’ın anahtarlı uyarımsız (relüktans) jeneratörü kullanan 20 kW tasarımı hariç tümünde daimi mıknatıslı jeneratörler kullanılır.

Atlantic Orient Corporation’ın jeneratörleri halen labaratuvar testindedir. Anahtarlı uyarımsız (relüktans) jeneratör sadece pervanedeki lamine demiri ile tüm jeneratörlerin en basitidir.

4.4.3 Büyük rüzgâr türbinleri

Büyük rüzgâr türbinleri için doğrudan tahrikli sistemlerin hissedilen yararları:

  • bir dişli kutusu sistemine göre düşük maliyet,

  • kule tepe kütlesi ve alt kısım uzunluğunun azalması,

  • birkaç yüzde nispetinde verimlilik tasarrufu.

Bu yararların mevcut tasarımlarda henüz sağlanıp sağlanmadığı açık değildir ancak yeni teknolojinin klasik çözümlerle şimdiden başa baş olduğu çok açıktır.

Doğrudan tahrikli makineler daima AC/DC/AC konvertörünün sağladığı değişken hızlı çalışma avantajından istifade etmektedir.

İndüksiyon makinelerine uymadıklarından doğrudan tahrikli sistemlerin çoğunda sabit hızlı çalışma uygulaması zor olacaktır. Doğrudan tahrikli sistemlere sahip türbinler (üretilenler ve prototipler) 200 kW ilâ 1.5 MW aralığındadır. Hem daimi mıknatıslı hem de rüzgâr pervanesi tasarımları kullanılır. Mevcut doğrudan tahrikli tasarımlar:

  • Eneron E30 (200 kW), E40 (500 kW) ve E66 (1.5 MW) : senkronik jeneratör, rüzgâr pervanesi, kapsamlı çalışma tecrübesi ile ispatlanmış bir kavram.

  • Lagerwey LW45/750 (750 kW), prototip aşamasında senkronik jeneratör, rüzgâr pervanesi.

  • Genesyss 600, Tacke TW1500 : önerilen makineler : rüzgâr pervanesinden çok daimi mıknatıslı uyarım ve daha küçük jeneratör çapı.

  • Aeolus III (3 MW), mevcut Aeolus II rüzgâr türbininin önerilen gelişmiş hali ancak henüz üretilmemiştir, daimi mıknatıslar kullanır.

  • PMG tasarımları (120 kW’a kadar test edilmiş prototipler) : ferrit mıknatıslar, zarif modüler tasarım.

Büyük rüzgâr türbinlerinde sadece doğrudan tahrikli sistem uygulanarak büyük kütle veya maliyet tasarrufu beklemek iyimser görünse de (jeneratör pervanesi ve rüzgâr türbini pervanesinin yatakları müşterek olan) tam entegre bir tasarımda tasarım basitleşmesi, geniş bir değişken hız aralığı temini ve dişli kutusu bakımının ortadan kaldırması doğrudan tahrikli sistemlerin geliştirilmesinin devamı lehinde olacaktır.

4.5 Çok megawattlı tasarım

Rüzgâr sektörü 1.5 MW civarı ünitelerin teknik ve ticari açıdan mümkün olduğunu göstermiş ve daha büyük rüzgâr türbinleri üretilmişse de megawattlık türbinlerin mevcut kuşağı ölçek arttırımının ekonomik çok yakın olabilir. Bazı kara uygulamalarında ve özellikle su uygulamalarında yine de daha büyük üretim üniteleri arzu edilir.

Tek destek yapısında çok sayıda pervane bulunan çok pervaneli sistemler yenilik ve geliştirme giderleri asgari ölçüde tutulurken iyi tasarruf sağlanması için 5 ilâ 10 MW kapasiteli ünitelere giden muhtemel rotadır. Bu sistemler uzun süredir değerlendirilmekte ve Lagerwey’in birkaç (çok eski) ve yeni bir tasarımı üretilmiştir. İngiltere’deki son araştırmalar ve Hollanda’daki etütler, bu kavrama duyulan ilgiyi birkaç yıldır doğrulamaktadır.

Daha büyük türbin tasarımı ve halen tartışılan su tasarımı konularında önemli bir sıçrama olduğu açıktır.

4.6 Su tasarımı

Rüzgâr enerjisi sektöründe bir sonraki büyük sıçrama deniz alanında olacaktır. Bu teknolojinin potansiyeli muazzamdır ve desteklenmeye, önemli ölçüde araştırma ve geliştirme desteğine muhtaçtır ve buna layıktır.

4.6.1 Sistem kavramları

Çıkan sesin makûl sınırlarda kalması için Avrupalı türbinlerin çoğu prensip olarak 65 m/sn’den düşük kanat ucu hızında çalışır. Deniz rüzgâr türbinleri sahilden uzakta olduğu ve çıkan ses arttırılabildiği takdirde türbinlerin ağırlıkları ve maliyetinin azaltılması için önemli alan mevcuttur. 100 m/sn kanat ucu hızı deniz rüzgâr türbinleri için kabûl edilebilir.

Ses bakımından denizdeki rüzgâr çiftliklerinin yakın alan görsel etkisi hakkındaki endişede azalma olursa destek yapılarından ve maliyet azalmasında daha yüksek potansiyel ve ekonomik değeri bulunabilecek daha alışılmadık tasarım konfigürasyonları kullanımına daha yüksek tolerans bulunacaktır.

Bu yüzden genel görüş “daha yüksek kanat ucu hızlarından yararlanılırsa denizdeki rüzgâr türbini elemanının maliyeti karadaki tasarımlara göre önemli ölçüde azalabilecektir.” şeklindedir. Açıkça, bu denizdeki projelerde bulunan temel ve elektrik iletiminin artan maliyetlerinin dengelenmesi yardım açısından çok uygundur.

Denizdeki rüzgâr türbinleri tasarımı için kilit hedef en aza indirilen denetim ve bakım gerekleri olacaktır. Yüksek güvenilirlikte tasarım, önemli husus muhtemelen biraz daha yüksek rüzgâr türbini sermaye maliyeti pahasına uzun vadeli işletme ve bakım giderlerinin en aza indirilmesi olmak üzere önemli bir öncelik olacaktır.

4.6.2 Optimum ünite büyüklükleri

Dünyada en büyük deniz rüzgâr çiftliği, (600 kW’lık üniteleri bulunan) 17 MW’lık Dronten rüzgâr çiftliğidir. Ancak bu rüzgâr çiftliği temelinin bir iç deniz sularında bulunması anlamında denizdedir. Çeşitli etütlere göre üretim giderlerinin azaltılması için birkaç MW’lık daha büyük makineler kullanılmalıdır.

Toplam dizi maliyetleri, 50 ilâ 100 m. aralığında pervane çapına sahip makinelerin destek yapılarında 2.5 katsayısından yüksektir. Elektrik toplama ve iletim maliyetleri de önemli ölçüde azalmaktadır. Denizdeki rüzgâr türbinleri ekstrem dalga ve gelgit istatistiklerinin belirlediği asgari kule yüksekliklerine sahip olacaktır. Üretim kapasitesi daha büyük kullanılabilecek teknoloji Kısım 4.4’te ele alınmıştır.

4.6.3 Denizdeki rüzgâr türbinleri için tasarım araçları

Halen denizdeki rüzgâr türbinlerinin karşılaştığı kombine rüzgâr ve dalga yükü ile başa çıkabilen çok az tasarım aracı vardır. Denizdeki rüzgâr türbinlerinin yükünü ve dinamik davranışını tahmin edebilecek analitik yöntemlerin doğrulanmasına artan acil ihtiyaç vardır. Son 10 yılda denizden rüzgâr gücü elde edilmesine artan ilgi ile imalât sektörüne kombine rüzgâr ve dalga yükü ile başa çıkabilecek tasarım araçları temin edilmelidir. Bu nedenle, prototip rüzgâr türbinleri kuruldukça bu kontrol çalışması için gerekli ayrıntılı ölçüm programlarının uygulanması önemlidir.

4.6.4 Geleceğin derin su kaynağı

Tüm Avrupa’da derin suda kurulu yüzer rüzgâr çiftliklerinin uygulanabilirliğini araştıran çok sayıda etüt yapılmıştır. Yüzer sistemlerin çeşitli kavramları değerlendirilmiştir. İngiltere’de yapılan FLOAT etüdü 100 metreye kadar su derinlikleri için yüzer türbinlere sahip bir deniz rüzgâr çiftliğinin dış hat tasarımı ve maliyetini araştırmıştır. Ancak bu etüde göre, yüzer platform maliyeti, şamandıraya bağlama ve karaya iletim maliyeti yüzer rüzgâr türbini sistemlerin ancak deniz yatağı temellerindeki sistemler genel olarak kurulduktan sonra ikinci kuşak projelerde yararlanılabileceğini (yararlanılabilirse) açıkça göstermektedir.

4.7 Ulusal elektrik sistemi entegrasyonu

Rüzgâr enerjisi için AB’de belirlenmiş EWEA ve doğrusu AB hedeflerine ulaşılması için Avrupa ulusal elektrik sistemlerinde büyük ölçüde pay alınması gereklidir. Şimdiye kadar bu sorun sadece çok yüzeysel surette ele alınmıştır. Elektriğin Avrupa’nın uzak rüzgârca zengin alanlarından yüksek yüklü daha merkezi alanlara ihracı için ekonomik araçlar belirlenmesi gereklidir. Rüzgâr türbinleri ile ulusal elektrik sistemi arasındaki etkileşimin daha iyi anlaşılması için ulusal ve Avrupa çapında sistem etütleri, ayrıca sürekli çalışma gereklidir.

4.8 Karşıt yerler

Bu bağlamda “Karşıt” normalin dışında çevresel özelliklere sahip, yerleri, halen ticari olarak kullanılan şartları tarif etmek için kullanılmaktadır. Şimdiye kadar düşük ısılı, yüksek çalkantılı veya çok yüksek rüzgâr hızı olan yerler hakkında tecrübe azdır. Bu yerler genellikle aşırı yük şartları ve yüksek enerji verimi arz ederler dolayısıyla bunlardan yararlanma kabiliyetinin gelişmesi önemli yararlar sağlayacaktır.

4.9 Hibrid sistemler

Şimdiye kadar rüzgâr enerjisinin diğer yenilenebilir kaynaklara entegrasyonuna nispeten az önem atfedilmiştir. Bu uygulamalar tek başına ele alındığında bu raporda belirtilen diğer alanların çoğundan daha küçük ölçektedir ancak toplam olarak değerlendirildiğinde katkıları önemlidir. Hibrid sistemler (rüzgâr – ışık – voltaik, rüzgâr – biyokütle, rüzgâr – dizel ve tuz giderme) uygulaması için muazzam bir alan vardır. Ayrıca dünyanın en mahrum alanlarından bazılarına çevreye dost tarzda enerji götürme fırsatı da sunmaktadır.

4.10 Standartlar ve belgeleme

Uyumlulaştırılmış uluslar arası kabûl gören standartlar ve belgeleme prosedürlerinin geliştirilmesinin rüzgâr enerjisine güven tesisi için hayati önem taşıdığı ortaya çıkmıştır. Bu nokta mali sektör ile iyi ilişkilerin geliştirilmesi için özellikle ilgilidir. Süreç şimdi güçlü surette ilerlemektedir ancak teknolojideki yeni gelişmelere ayak uydurmak için iyileştirilmeye ve rafine edilmeye muhtaçtır. Bu nedenle bu cephede sürekli ARGE gereklidir.

Teknolojik Ek

İÇİNDEKİLER

 

  • Teknoloji Perspektifi

    • Rüzgâr teknolojisinin güçlüğü

    • Modern bir rüzgâr türbininin özellikleri

    • Rüzgârın değişkenliği

    • Tasarım araçlarının geliştirilmesi

    • Rüzgâr teknolojisinin özgün yönleri

    • Önemli bir başarı

  • Yakın Tarih

    • 1970’den önce

    • 1970 – 1978

    • 1987 sonrası

  • Tasarım Stilleri

    • Yatay ve dikey eksen

    • Kanat sayısı

    • Adım veya yavaşlama kontrolü

      • Küçük rüzgâr türbinleri (<30 kW)

      • Büyük rüzgâr türbinleri

    • Değişken hızlı tasarım

      • Değişken hızlı çalışmayı teşvik eden faktörler

      • Değişken hızlı sistemlerin niteliği

    • Çok hafif/esnek tasarımların durumu

  • Mevcut Teknolojiler

    • Küçük rüzgâr türbinleri (<1 kW – 30 kW)

    • Orta boy rüzgâr türbinleri (30 – 600 kW)

    • Megawatt ölçeğinde tasarımlar

    • Deniz

    • Pervane kanat teknolojisi

    • Mevcut teknolojide ölçek eğilimlerinin değerlendirilmesi

  • Rüzgâr çiftliği teknoloji sorunları

    • Rüzgâr çiftliklerinde rüzgârdan istifade

    • Tesis dengesi

    • Enerji tahminleri ve optimizasyon

  • Elektriksel Entegrasyon

    • Zayıf Ulusal Sistemler

      • Sabit durum voltajı

      • Voltaj aşaması değişmeleri

      • Titreme

      • Harmonikler

      • Voltaj dengesizliği

    • Güç Kalitesi

    • Şebeke Maliyetleri ve Yararları

      • Kayıplar

      • İletim sistemi yararları

      • Dağıtım sistemi takviyesi

      • İyileştirilmiş arz güvenilirliği

      • Çevresel Maliyetler ve Yararlar

  • Standartlar ve Belgeleme

    • Rüzgâr türbini belgelemesi

    • Uluslararası standartlar

 

TEKNOLOJİ PERSPEKTİFİ

1. Rüzgâr Teknolojisinin Güçlüğü

Rüzgâr tahrikli pervanenin mekanik güç sağlamak üzere kullanılması çok eskidir, rüzgâr değirmenlerinden ilk bahsedilmesi MÖ 5. yüzyıla kadar gider. Rüzgârdan elektrik üretimi için böyle bir pervanenin bir elektrik jeneratörüne bağlanması gerekir. 20 yıl öncesinde bile ABD’de ortalama aile başına 40 kadar elektrik motoru mevcuttu. Dolayısıyla elektrik motoru/jeneratörü çok eski olmasa da 40 – 50 yıldır kütlesel üretimde bulunmuştur. Bir rüzgâr türbininin kilit unsurlarına bu aşinalık (sektör dışında) bu teknolojinin zahmetsiz olduğu yanılgısını yaratabilir ve bu, 1980’li yılların başında roket üreticileri için pahalıya mal olan yanlış bir varsayımdır. Ancak modern rüzgâr teknolojisinin güçlüğü;

  • elektrik üreten rüzgâr türbininin özelliklerini sağlayacak,

  • rüzgârın muazzam değişkenliği ile başa çıkacak düşük maliyetli bir teknoloji üretilmesinde yatar.

1.2. Modern Bir Rüzgâr Türbininin Özellikleri

Geleneksel “Danimarka” rüzgâr değirmenleri azami kullanımda Avrupa’da 100.000 sayısına kadar artmıştı. Bunlara daima nezaret ediliyor ve genellikle elle kontrol ediliyorlardı. Toplum ile bütünleşmişlerdi, bazı parçaların sık sık değiştirilmesine göre tasarımlıydılar ve verimlilik pek önemli değildi.

Aksine, modern elektrik üreten rüzgâr türbininin özellikleri yüksek kaliteli, şebeke frekansında elektrik üretmektir. Ekonomik hedeflere ulaşmak için her rüzgâr türbininin otomatik kontrollü bağımız mini santral gibi çalışması gerekir. Modern bir rüzgâr türbinine daima nezaret edilmesi düşünülmez, çok bakım görmesi kabûl edilemez. Mikroişlemci gelişimi bu durumun gerçekleşmesinde, dolayısıyla düşük maliyetli bir rüzgâr teknolojisi üretilmesinde kritik rol oynamıştır. Dolayısıyla modern rüzgâr türbininin nezaret edilmeden 20 yıldan fazla sürekli çalışması, az bakım görmesi gerekir.

1.3. Rüzgârın Değişkenliği

Rüzgârın değişkenliği rüzgâr enerjisinden istifade ve rüzgâr türbini tasarımı açısından kritik bir faktördür. Tipik kuzey Avrupa sahilindeki bir yer 10 metrede ortalama 5 m/sn. rüzgâr hızına sahiptir ve 45 m/sn.’lik aşırı rüzgâr hızları beklenebilir. Ne Apalaş dağlarında Washington dağında kaydedilen 103 m/sn.’lik en büyük fırtına ne de Antartika’nın Doğu Adelie Arazisinde bir dağ kenarında yıllık 18 m/sn.’lik azami ortalama rüzgâr hızı istifade edilebilecek rüzgâr kaynağı alanlarında bulunmasa da, karşılaşılabilecek rüzgâr şartlarının değişkenliğini gösterirler. Rüzgârın değişkenliği ticari rüzgâr türbinleri tasarım aralıklarında kabûl edilir. Yere özgü şartlara uyum için belirli bir temel tasarım etrafında kule yüksekliği ve pervane çap değişiklikleri sunmak yaygındır.

1.4. Tasarım Araçlarının Geliştirilmesi

Rüzgâr endüstrisinde özellikle 1980’li yıllarda büyük, yukarıdaki rüzgârın değişkenliği bahsi ile doğrudan ilgili gelişme yük tahmininde rüzgârın niteliğini ve özellikle atmosfer çalkantısı tipini yeterince dikkate alan tasarım yöntemlerinin geliştirilmesidir. Ulusal ve uluslararası araştırma programları tarafından sağlanan finansman ile imkân sağlanan bu süreç tasarım standartlarının geliştirilmesini etkilemiş, modern rüzgâr türbinlerinin güvenilirlik ve emre amadeliğine katkıda bulunmuştur. Şimdi rüzgâr türbini tasarımcılarının gelişmiş bilgisayar modelleri ve tasarım araçlarından yararlanması yaygın uygulamadır.

1.5. Rüzgâr Teknolojisinin Özgün Yönleri

Rüzgâr türbinleri mühendislik kurallarına pek az uyar; kanat aerofolyolarının sık sık yavaşlama halinde çalışması, güç aktarma hattı elemanları çok düzensiz yüklere tabidir, başlıca yapı elemanlarının karşılaştığı yorulma yapan çalışma sayısı diğer döner makinelerden daha büyük olabilir. Örneğin, modern bir rüzgâr türbininin yorulma tasarım ömrü nezaret edilmeden 13 yıl kadardır, buna karşın tipik bir motorlu aracın yorulma tasarım ömrü personelli 4 aylık çalışmaya eşit olabilir.

Dolayısıyla rüzgâr teknolojisinin özgün teknik nitelik ve özgün ARGE gerekleri bulunur. Bu, Avrupa teknoloji geliştirme modellerinde çok belirgindir ve Avrupa Komisyonu 4. Çerçeve programının rüzgâr enerjisine ARGE desteğine kabûl edilmiştir.

1.6. Önemli Bir Başarı

Son 15 yılda rüzgâr türbinlerinin ebadı çok büyümüştür. Şimdi klasik tesisten düzenli olarak daha yüksek emre amadelik sağlamaktadır. Bu teknolojinin gerisindeki bilimin anlaşılma düzeyi de aynı hızda ilerlemiş olup şimdi bir jumbo jet ebadında 20 yıl ömürlü düşük maliyetli güvenilir makineler üretimi mümkündür.

2. Yakın Tarih

2.1. 1970’den Önce

53 m. çapında 1,25 MW’lık Smith Putnam rüzgâr türbini 1939 yılında ABD, Vermont, Granpa’s Knob’da kuruldu. Bu tasarım zamanın en iyi mühendisleri ve bilim adamlarını biraraya getirdi (Aerodinamik tasarım: Von Karman, dinamik analiz: Den Hartog) ve rüzgâr türbini 1980’li yılların megawattlık bazı makinelerden daha uzun süre başarı ile çalıştı. Teknolojik gelişmede dönüm noktası oldu. Standardın altında yerinde kaynak tamiri nedeniyle (bir kanadını kaybederek) arızalandı.

Kaynaklar üzerinde savaş zamanı ve 1970’li yılların petrol krizine kadar rüzgâr enerjisinin aleyhine seyreden yakıt maliyetleri bakımından ekonomik ortam baskılarından dolayı tamir edilmedi. Bu projeden alınan tasarımın kalitesi, makine dinamiği, yorulma, yer seçimi hassasiyeti vs. gibi değerli dersler büyük ölçüde unutuldu ve daha sonra özellikle Kaliforniya vergi kredileri ile bağlantılı olarak rüzgâr çiftlikleri kurulması sırasında acılı bir şekilde tekrar hatırlandı.

Rüzgâr türbini geliştirilmesinde bir sonraki dönüm noktası Gedser rüzgâr türbinidir. Marshall planı savaş sonrası finansman yardımı ile 1956 – 57’de Danimarka’nın güney doğusunda Gedser adasında 200 kW’lık 24 m. çapında bir rüzgâr türbini kuruldu. Bu makine 1958 – 1967 arasında %20 kapasite ile çalıştı.

1960’lı yılların başında Prof. Ulrich Hütter 100 kW’lık 34 m.’lik bir 2 kanatlı, yüksek rüzgâr hızlı kararsız pervanesi olan Hütter Allgaier rüzgâr türbinini geliştirdi. Hütter’in yüksek hızlı esnek tasarım fikirleri Almanya’da ve diğer alanlarda rüzgâr türbini araştırmalarını çok etkiledi.

2.2. 1970 – 1987

Bu üç makine rüzgâr türbini geliştirilmesinde 3 farklı yönün başlangıcını temsil eder; ticari sahnede andan şimdi görünen megawattlık makineler, piyasaya son 15 yıldır hâkim olan Danimarka tarzı makineler ve halen büyük ölçüde gerçekleştirilmemiş bulunan daha da hafif makineler.

Boru şeklinde bir kule, 3 kanat ve uç frenleri içeren basit, sağlam bir tasarım olan Gedser makinesi daha sonraki genel Danimarka tasarımlarının tüm bileşenlerine sahipti. 1977 yılında yenilendi, modern Danimarka rüzgâr teknolojisinin geliştirilmesi için araştırma esası sağlayan bir test makinesi olarak donatıldı ve çalıştırıldı.

1980’li yılların başında pervane kanat teknolojisinin pek çok sorunu araştırıldı. Çelik pervaneler denendi ancak çok ağır olduklarından, alüminyum pervaneler yorulma direnci açısından çok belirsiz olduklarından reddedildiler ve ABD’de Gugeon Brothers’ın geliştirdiği tahta epoksi sistemi çok sayıda küçük, büyük rüzgâr türbininde kullanıldı. Ancak kanat imalât endüstrisinde tekne imâlinden evrimleşmiş ve 1980’li yıllarda Danimarka’da iyice yerleşmiş fiberglas polyester konstrüksiyon hâkimdi.

ABD’de Kamu Hizmetlerini Düzenleyici Politikalar Yasasını (PURPA) içeren 1978 Ulusal Enerji Yasası ile bağımsız enerji üretimine Pazar temin edildi. 1980 yılında merkezi devlet ve federal devlet enerji ve yatırım vergi kredileri toplam %50’ye yakın vergi kredisi sağlıyordu ve bu California rüzgâr enerjisi patlamasını başlattı. 1980 – 1995 arasında, çoğu vergi kredilerinin %15 civarına indirildiği 1985’ten sonra olmak üzere 1700 MW rüzgâr kapasitesi kuruldu.

Vergi kredileri en azından başlangıçta çoğu kötü tasarımlı ve çalışırsa da kötü çalışan rüzgâr türbinleri kuruldukça California’da çeşitli bölgelerde (San Gorgonio, Tehachapi ve Altamont Pass) gelişigüzel aşırı nüfuslanma yaratan bir piyasa uyarma mekanizması olarak çok değerli eleştiriler aldı. Ancak ilk yetersiz gelişime tepki olarak vergi kredileri nispeten düşük maliyetli, denenmiş teçhizata sahip Avrupalı, özellikle Danimarkalı rüzgâr türbini üreticilerine büyük bir ihracat fırsatı yarattı. California’da bunların daha iyi tasarımlı rüzgâr türbinlerin teknik açıdan başarı ile çalışması rüzgâr enerjisi itibarının dünya çapında yerleşmesine çok katkıda bulundu.

California pazarı çoğu Avrupalı ve ABD şirketine hem iflas hem de ticari başarı getirdi. Ancak modern Avrupa rüzgâr teknolojisinin geliştirilmesine muazzam katkıda bulundu. Teknolojik etki iki yönde oldu; Danimarkalı üreticiler açısından en önemlisi imalât yöntemlerinin geliştirilmesine fırsat veren büyük bir pazar, parça maliyet azalması ve artan iş görürlüktü. İkincisi, tasarım çeşitliliği, hafif ve esnek parçalar ilgi duyulması gibi müstakbel teknoloji gelişmelerinin habercisi olması açısından değerli olmuştur.

California rüzgâr çiftliklerinin çalışma deneyiminde, kanat kök bağlantısında ciddi sorunlar, kanat aerofolyo kesitinin bozulması nedeniyle performans düşüşü, eğimli sistemlerin aşırı ve yetersiz anlaşılmış atmosfer çalkantısı nedeniyle hasar görmesi, yüksek hızlı mil fren sistemlerinin erken yorulması vs. karşılaşılan pek çok sorun arasındaydı ve teknoloji ilerledikçe adım adım çözüldü.

2.3. 1987 Sonrası

California’da rüzgâr enerjisinin büyümesine ABD’de başka bir yer destek vermemiş veya paralel büyüme sergilememiş olup yakın zamanlarda elektrik alanında düzenleme olmaması rüzgâr enerjisinin ABD’de ne yönde ilerleyeceğine dair büyük belirsizlik yaratmıştır ve ABD piyasası ancak şimdi 1997 yılında tekrar doğmaya başlamıştır.

Aksine, 1990’lı yılların başında Almanya’da yılda 200 MW civarında kapasite artışı ile kuzey Avrupa piyasalarında çarpıcı gelişme kaydedilmiştir. Bu katkıda bulunan patlamaya 3 faktör: ARGE desteği, Danimarka’dakine benzer geri alım politikası ve yüksek tarifeler. Teknolojik açıdan önemli sonuç Alman imalâtçılarının ve bazı yeni kavramların gelişmesiydi; yeni doğrudan tahrikli jeneratör teknolojisinin uygulanması kayda değerdir.

Doğrudan tahrikli güç aktarma hatlarında, değişken hızlı elektrik ve kontrol sistemlerinde, alternatif kanat malzemelerinde ve diğer alanlarda adım adım ve önemli teknolojik gelişmeler olmuşsa da son yıllardaki en çarpıcı eğilim günümüzdeki megawattlık kapasitelerde makinelerin ilk ticari kuşağını yaratan daha da büyük rüzgâr türbinleri geliştirilmesi olmuştur.

3. Tasarım Stilleri

3.1. Yatay ve Dikey Eksen

Dikey eksenli çok çeşitli tasarım geliştirilmiştir. Bunlara troposkein** biçiminde “yumurta çırpıcı” rüzgâr türbini (adını mucidi Darrieus’tan alır, özellikle Flowind Corp. tarafından 1980’li yıllarda geliştirilmiştir), İngiltere’de Musgrave tarafından geliştirilmiş olan (sonradan Heidelborg Motor’un doğrudan tahrikli tasarımında benimsenen) düz kanatlar bulunan H şekli tasarım ve bazısı kanallı veya germe halatlı pervaneyi kuşatan kanatlar, bazısı Savonius tasarımını veya döner değirmen (gyromill) kavramını benimseyen çok sayıda varyant dahildir.

Dikey eksenli tasarımlar eğimli sistem gereğini ortadan kaldıran dönme simetrisi üstünlüğüne sahiptir. Tüm güç aktarma hattı ve güç tahvil donanımının zemin düzeyinde olabileceği sık sık iddia edilen bir üstünlük olmuş ancak bunun ana mil için uzun ve ağır bir tork borusu ve ana mil üzerinde dişli kutularının bozduğu çeşitli tasarımlar gerektirdiği belirlenmiştir. Ancak dikey eksenli tasarımların yatay eksenlilere göre dikkate alınmayan sakıncaları:

  • tahrik torkunun pervane dairesinde kanat pozisyonuna göre çok değişmesi nedeniyle doğal olarak daha düşük olan (bazı pozisyonlarda negatif bile olabilen aerodinamik verimlilik),

  • pervane sisteminde maliyeti arttıran önemli pasif destek yapısı.

Rüzgâr teknolojisinde çeşitli tasarım seçeneklerine ilişkin kararın verilmesi ertelenmişse de, oyların büyük çoğu şu anda yatay eksenli tasarımlar lehinedir.

3.2. Kanat Sayısı

Pervane tasarımının temel aerodinamik ilkeleri belirli bir dönme hızına göre tasarlanmış bir pervanenin, pervane süpürme alanının sabit bir orana kadar optimum toplam kurulu kanat alanına sahip olduğu ve seçilen dönme hızına göre ters yönde değiştiğini belirler. Gerekli kanat alanının az sayıda geniş kanat yerine çok sayıda ince kanat ile teşkilinde küçük bir aerodinamik avantaj vardır. Böylece kanatların ucundaki aerodinamik uç kaybı en aza inmektedir. 3 kanatlı pervaneye göre tek kanatlı pervanede enerji kaybı yaklaşık %10, 2 kanatlı pervanede yaklaşık %4’tür.

Tek kanatlı pervaneye bir karşı ağırlık montajı gerekli olup 2 kanatlı pervaneden hafif değildir. Tek kanatlı pervaneye göre dinamik olarak daha iyi şekle sahip olsa da 2 kanatlı pervanede sert pervane göbek sistemi kullanılırsa çok yüksek bir çevrim yükü kabûl edilmeli veya kant, güç aktarma hattı ve kule tepe yükünün hafifletilmesi için pervane kanatlarının (bir çift olarak) sallanabilmesi amacıyla bir tahterevalli yatağı bulunmalıdır. Bu tahterevalli yataklı pervane tasarımları çoğu zaman yorulma yükünü azaltabilirse de, genellikle tasarımı etkileyen faktörler olan tahterevalli darbe yükü durumları ile başa çıkabilmelidir. 3 kanatlı pervane dinamik olarak daha basittir, öncede belirtildiği gibi aerodinamik olarak biraz daha verimlidir.

1, 2 veya 3 kanatlı pervaneler, (geçmişte denemeyen ancak güncel ses limitlerine tabi Avrupa kara uygulamaları için gelecekte gerekecek) benzer uç hızları için tasarlanırsa 3 kanatlı pervane diğerlerinden daha fazla zorlanacak ve pervane kanat maliyeti daha yüksek olacaktır. Elbette, gerçekte önemli olan rüzgâr türbininin düşük maliyetli olması (üretilen enerji/sermaye maliyeti) bakımından genel etki olup bu sadece komple tasarıma göre belirlenir. Optimum tasarım konfigürasyonunun tesbiti Avrupa Komisyonu destekli etütlerce derinlemesine araştırılmıştır.

Tablo 3.2.1., halen piyasada mevcut 30 kW nominal kapasiteden yüksek rüzgâr türbinleri arasında 1, 2 veya 3 kanatlı pervane tasarımlarının oranını göstermektedir. Veriler faal makine oranı olarak sunulduğunda 3 kanatlı pervane tasarımlarının hakimiyeti daha da belirginleşmektedir.

Kanat Sayısı

Yüzde Pay

1

2

2

24

3

74

Tablo 3.2.1. Piyasada mevcut rüzgâr türbini tasarımlarının kanat sayısı

3 kanatlı pervane tasarımlarının hakimiyetinde başlıca faktör ilk (3 kanatlı) Danimarkalı tasarımlara tarihsel bağlantı ve bundan dolayı yavaşlama ayarlı dinamik olarak basit pervane geliştirilmesi gereğidir. Mevcut Avrupa piyasasında başka bir başlıca faktör, kamuoyu ve planlama makamları arasında 3 kanatlı tasarımların uyumlu görsel etkiye sahip olduğuna dair yaygın kanaattir. Bu açıkça subjektif bir görüş olsa da açıkça aynı ölçüde hakim görüştür.

3.3. Adım veya Yavaşlama Kontrolü

Adım veya yavaşlama kontrolü sorunu orta veya büyük rüzgâr türbinleri tasarımında çok zıtlaşan bir tartışmadan doğar. Küçük rüzgâr türbinlerinde ise seçenek daha fazladır.

Yavaşlama ayarı bu sorunu ele almazken, adım ayarı her iki sorunu adım sistem mekanizması ve ilgi kumanda kullanılması pahasına çözer.

Adım ayarında (kanatlara genellikle “aktif yavaşlama” denilen tasarım seçeneğinde yavaşlama durumuna kadar eğim verilmesi hali hariç) kanatlar pervanenin kanatları savurarak sağladığı gücü kanat aerofolyo kesitlerinin ürettiği kaldırma güçlerini azaltmak üzere ayarlarlar. Yavaşlama ayarının esası, pervane geometrisi değiştirilmeksizin, rüzgâr hızı ve ilgili akım açısı arttıkça pervane aerofolyolarının yavaşlamasıdır. Pervane veriminde artan kayıp, yavaşlama pervaneye yayıldıkça gücü ayarlar.

Böyle bir yavaşlamanın meydana gelmesi için pervane hızının sabit tutulması zaruridir ve bunu genellikle elektrik şebekesine bağlı asenkronik bir jeneratör sağlar.

3.3.1. Küçük Rüzgâr Türbinleri (<30 kW)

Küçük rüzgâr türbinlerinin güç ve hız ayarı için kullanılabilecek çeşitli yöntemler vardır. Bunlar (Şekil 3.3.1.):

  • türbin pervane ve sisteminin yüksüz durumdaki tüm aşırı hızlarla başa çıkmaya tasarlandığı “kontrolsüzlük” (muhtemelen aerodinamik performansın ve hızın azalmasına yardımcı olan kanatların merkezkaç kuvvet altında biraz deforme olması sonucu)

  • motor ekseninin rüzgâr istikâmetinden ayrılması olan “sapma” ve “eğim” (genellikle pervane itme merkezi ile sapma veya eğim yatakları arasında dengelenme ile sağlanır)

  • büyük rüzgâr türbinlerindeki gibi “adım” veya “yavaşlama”.

Image

Şekil 3.1.1. Küçük rüzgâr türbinlerinde hız kontrolü 

Küçük rüzgâr türbinlerinde güç kontrolü, hız kontrolü ve aşırı hız ayarı arasında ifade hatasından kaçınmak zordur. Sapma, yavaşlama veya kontrolsüzlükten yararlanan türbinlerin çoğu yavaşlama etkilerinden yararlanır. Ancak Şekil 3.1.1. emniyet ve yük ayarlama işlevleri için sapma, adım, eğim vs. uygulayan mekanizma sayısını doğru biçimde vermektedir. Küçük türbin tasarımlarındaki sorun basit çok küçük pasif sistemlerin mi, yoksa büyük türbinlere benzer aktif adımlı mekanizmaların mı yeterince iyi çalıştırılabileceğidir.

3.3.2. Büyük Rüzgâr Türbinleri

Adım veya yavaşlama arasında seçimde ana sorunlar Tablo 3.3.2.’de listelenmiştir.

Sorunlar

Adım

Yavaşlama

Enerji üretimi

Prensip olarak daha iyi

Güç eğrisi etkileniyor

Sabit hız kontrolü

Yüksek rüzgâr hızlarında zor

Tasarım belirsiz olsa da genellikle yeterli

Değişken hız kontrolü

Güç kalitesi daha iyi, güç aktarma hattı yükleri yavaşlama seçeneğinden daha az

İspatlanması gerekir

Emniyet

Komple bir pervane koruyucusu olabilir

Aşırı hız koruması için yardımcı sistemler gerekir

Maliyet

Pervane sistemlerinde daha yüksek maliyet

Pervanede daha az, fren sisteminde daha yüksek maliyet

 

Tablo 3.3.2. Adım veya yavaşlama karşılaştırması

Büyük rüzgâr türbinleri neredeyse sadece adım veya yavaşlama kontrolü kullanır. Birkaç örnekte yedek emniyet veya kontrole katkı olarak rüzgârdan sapma kullanılır. Kısa süre önce bazı imalâtçılar değişken hızlı çalışma ile birlikte yavaşlama kontrolünü kullanmıştır. Şimdi ittifakta reddedilen tek konfigürasyon gücü kontrol ederken üretimde çok büyük değişmelere yol açmıştır. Ancak bu red, ilk günlerde popüler bir tercih olduğu için çok ilginçtir.

Image

Şekil 3.3.1. Adım veya yavaşlama kontrolü 

Bir tasarım seçeneği olarak yavaşlama kontrolünün genel hâkimiyeti (tasarımların %60 kadarı) bulunsa da megawattlık türbinlerde adım ve yavaşlama kontrolünün oranı neredeyse eşittir. Özellikle Alman pazarında büyük rüzgâr türbinleri her kanadın bağımsız adım hareketi yaptığı “bağımsız” adımlı sistemler tercih edilmektedir. Bu, adım sisteminin 2 bağımsız fren sağlaması nedeniyledir. Bir arızada bir kanat küçük eğimde sıkışsa bile diğer ikisi pervaneyi güvenli hıza getirebilir. Bu bağımsız adım sistemi önceleri daha yaygın olan, 3 kanadın tümünün adımının birbirine mekanik bağlantılı olduğu ve tek bir hareketlendiriciden güç alan “toplu” adım sisteminden farklıdır.

Yavaşlama kontrollü makinelerin güç kalitesine dair (özellikle Alman pazarında da mevcut) endişe orta boy yavaşlama kontrollü makineler üreten bazı imalâtçıları caydırmıştır. Ayrıca yavaşlamanın özellikle büyük makinelerde yol açtığı titreşimler hakkında uzun yıllar boyu endişe var olmuştur ve megawattlık makineler imalâtçılarının çoğunun yavaşlama kontrolüne bağlı kalması önemli bir güven oyudur.

Ancak değişken hız yavaşlama kontrollü makinelerin nasıl çalışacağına dair belirsizlik ile birleştiğinde değişken hıza artan ilgi büyük ölçekte yavaşlama kontrollü makinelere duyulan ilgiyi azaltmıştır.

3.4. Değişken Hızlı Tasarım

3.4.1. Değişken Hızlı Çalışmayı Teşvik Eden Faktörler

Birkaç sebepten dolayı değişken hızlı tasarım uzun süredir ilgi görmüştür:

  • Sabit hızlı çalışmaya göre daha yüksek pervane verimi ve daha fazla enerji alınabileceği şeklinde “geleneksel” beklenti,

  • Orta Avrupa’da sesin daha fazla önem kazanması ve değişken hızlı sistemin tahrik sisteminde çok fazla tork ve maliyeti önleyerek nispeten yüksek azami hıza imkân sağlarken hafif rüzgârlarda hız ve sesi azaltabilmesi,

  • Değişken hızlı çalışmanın adım kontrolünü kolaylaştırabilmesi, güç kalitesini iyileştirebilmesi ve tahrik sistemini yüklerini hafifletebilmesi (dolayısıyla tasarım gereklerini ve dişi kutusu ya da jeneratör maliyetini muhtemelen azaltması).

3.4.2. Değişken Hızlı Sistemlerin Niteliği

Yukarıda sayılan yararları azamiye çıkarmak için geniş bir değişken hız aralığı gerekir (hızda 2,5 - 3 kat ayarlama). Değişken hız temininin çeşitli yolları vardır. Mekanik sistemler de vardır, ancak elektrikli sistemler hâkimdir. Geniş bir değişken hız aralığının yararlarının tümünü değil bazısını sağlayan çeşitli uzlaşmacı çözümler vardır. Bu seçeneklerin topluca tümü geniş değişken hız aralığı seçeneğinden çok daha yaygındır.

Bunlar arasında:

  • 2 hızlı sistemler,

  • Genel hız aralığının azalması pahasına üretimin sadece bir kısmının değişken hızlı tahrik ve güç ayar donanımından geçirildiği sürekli değişken hızlı sistem çeşitleri bulunur.

10 yıl öncesinin Danimarkalı tasarımlarında bir kayışa bağlı 2 jeneratör arasında geçiş sureti ile 2 hız elde edilmesi olağandı. Şimdiki kuşak rüzgar türbinlerinde 2 hızlı çalışma elde etmek için neredeyse sadece tek jeneratörde kutup değişimi kullanılır. Şekil 3.4.2. şimdiki ticari rüzgar türbin tasarımları arasında, bu tasarım seçenekleri bazısının dağılımını gösterir.

Image

Şekil 3.4.2. Çalışma hızı bakımından tasarım seçenekleri

Sürekli değişken hızlı çalışma tasarımları arasında, sadece 1/3’ü geniş değişken hız aralığı uygular (hız aralığı >2,5:1). Çoğu hız aralığı ve performansa güç ayar sistemleri maliyetini tercih eder. Vestas Optislip sisteminde, mükemmel güç kalitesi için sınırlı değişken hız (nominal güçte çalışırken %10 hız değişmesi) kullanılır. Çoğu imalâtçının tasarım etüdü (Şekil 3.4.1.’de gösterildiği gibi) en ekonomik olarak 2 hızlı sistemi seçmiştir. Bugün değişken hızlı çalışmaya genellikle en uygun doğrudan tahrikli sistemlerin geliştirilmesine önem verilmesi ve ilgili güç ayar sistemlerinin geliştirilmesi ve maliyet azaltılması her ihtimâlde rüzgâr türbini tasarımında geniş değişken hız aralığının gelecekte daha fazla kullanılması ile sonuçlanacaktır.

3.5. Çok Hafif/Esnek Tasarımların Durumu

Çok hafif ve yapısal esnek makineler (özellikle kanatlar ve kuleler) düşük maliyetli teknolojiye bir yol olarak her zaman ilgi görmüştür. Çok hafif ve esnek terimlerini doğal olarak birbirleriyle ilgili görme eğilimi vardır.

Yapısal esnek tasarımlarının yükten kurtulma, daha az malzeme kullanma, dolayısıyla çok hafiflik ve düşük maliyet elde etme açık niyet olmakla birlikte, mevcut çok hafif makinelerin çoğu yapısal olarak esnekten çok serttir. Oldukça esnek kanatlar veya kuleler bulunan Carter rüzgar türbini gibi tasarımlarda yapısal esneklik yararlı olabilir, ancak düşük ağırlık elde edilmesinden çok, yüksek tasarım uç hızı seçilerek düşük tahrik sistemi torku elde edilmesiyle ilgilidir. Şimdiye kadar bu kavramlar ticari başarı elde etmemiştir.

Bu türden son tasarım WEG Rüzgar Enerjisi Grubunun eğilen motor yeri ve yüksek yük kabiliyetli özel geliştirilmiş yapısal esnek kanatları bulunan MS4 600 KW, 3 kanatlı, serbest sapmalı, rüzgarı arkadan alan türbinidir. Aşarı rüzgarlarda esnek pervane kanatları ile önemli yük azaltması sağlanmaktadır. Bu tasarım için kendiliğinden dikilen sistem özellikle zayıftır. Bu makinenin tasarım kavramı bazı diğer Avrupalı imalatçıları tasarımının tersine çalışır. Ancak esnek elemanları daha küçük V42 ve V44 ile neredeyse aynı olan bir destek yapısına önemli ölçüde daha büyük pervane montajına müsait esnek kanatları bulunan yeni Vestas V-47 makinesinde de mevcuttur.

Yine pervane kanatlarını genel olarak değerlendirerek, ağırlık oranına göre en yüksek yorulma direncine sahip malzemelerden üretilmiş olanlar (özellikle Atout Vent’in tahta epoksi ve CFRP kanatları) en hafif, ancak aynı zamanda en sert kanatlardır. Bu hafiflik ile yapısal esneklik arasında doğrudan ilişki olmadığının altını çizer.

Bu yorumlar yapısal esnekliğin hem yük azaltılması hem de aktif mekanizmaları yerinin alınması bakımından potansiyel kullanışlılığının değerini küçümsemeyi amaçlamamaktadır. Varılan sonuç şimdiki kuşak çok hafif rüzgar türbinlerinin hafifliklerini başlıca olarak yapısal esneklikten elde etmezler, rüzgar türbini tasarımında yapısal esnekliğin en büyük etkisi henüz elde edilmemiştir. Plastik ve kompozit menteşeler (küçük türbinlerde zaten kullanılır), esnek kirişler ve akıllı malzemeler gelecek gelişmeler için büyük potansiyele sahiptir. Çok yumuşak kuleler (yani doğal frekansı pervane frekansından düşük kuleler) rüzgâr türbini tasarımlarında kullanılmıştır. Sistem dinamiklerine özen gösterilmelidir, ancak bu tasarımlar kule kütlesi ve maliyetinde azalma yaratabilir.

4. Mevcut Teknolojiler

4.1. Küçük Rüzgâr Türbinleri (<1 kW – 30 kW)

Dünyada halen elektriği olmayan 2 milyar insan var. Tüm kırsal talebi karşılamak, yani elektrik sistemi büyütülmesi ile tam elektrifikasyon maliyeti 1 Trilyon ECU’den fazla olacaktır. Küçük rüzgâr türbinleri piyasası 50 kW’a kadar türbinler için çeşitli uygulamalar içerir. Bu piyasanın çok genişleyeceği tahmin edilmektedir.

Uygulama

1995 M.ECU/yıl

2005 M.ECU/yıl

Uzak bölge evleri

4

100

Telekomünikasyon

2

20

Köy/Kır Elektrifikasyonu

3

400

Muhtelif uzak bölge yükleri

2

20

İçme/Sulama suyu pompalama

1

100

Petrol kuyusu pompalama

0,1

30

Soğutma

0,1

5

Tuz giderme

0,1

5

Toplam

12,3

680

Tablo 4.1.1. Küçük rüzgâr türbinleri dünya piyasası

Küçük türbin üretici küçük şirket sayısı artmaktadır. Küçük rüzgar türbinleri tasarımları büyük rüzgâr türbinleri üreten iki büyük imalâtçı, Enerco ve Micon, tarafından da üretilmekte olup, önemli uluslararası rekabet, örneğin, Windlite 8 kW, World Power Technologies 22 kW, Canon/Wind Eagle 35 kW ve Bergey Windpower 40 kW gibi tasarımlar vardır.

Modern Danimarka ve Avrupa rüzgar enerjisi işinin başladığı 10-50 KW aralığı şimdi önemli bir Pazar sektörüdür. Bu pazara en iyi, büyük tasarımlara aktarılmış mevcut tasarım kavramlarından yararlanılarak değil, ancak henüz daha küçük rüzgar türbinlerinin müşterek tasarım kavramları adapte edilerek hizmet edilebileceği büyüyen görüştür. Bu kavramlara, düşük bakım iyi verim için daimi mıknatısla (PMG) doğrudan tahrikli jeneratörler, pervanenin koruması için pasif adım veya sapma dahildir. Bu bağlamda, Proven Engineering 2.2 KW tasarım teknolojisi kendiliğinden ayarlı pervanesi olan daimi mıknatıslı (PMG) doğrudan tahrikli jeneratör içerdiği için kayda değerdir. Aşağıdaki tablo Avrupa’nın 10 – 50 kW aralığında küçük rüzgâr türbinleri imalâtçıları listesini verir. Bu türbinlerin çoğu hem elektrik sistemine bağlıdır hem de bağımsız uygulamadır.

İmalâtçı

Kapasite (kW)

Aeroman

33

Aeroturbine

9

Atlantic Orient Corp. 15/50

50

Enercon E12

30

Fuhrlander 30

30

Genvind

22

Jacobs

10, 20

Husumer Schiffswerft – HSW 30

30

JBA Vindenergi

15

Lagerwey 18/80

80

LMW

10

SudWind 18/80

30, 37, 45

Vergnet

2, 3, 5, 10, 15, 25, 50, 60

Tablo 4.1.2. Küçük rüzgâr türbinleri güç kapasiteleri

Küçük rüzgâr türbinleri arasında kısmen uygulamaların çok çeşitliğinden dolayı büyük tasarım çeşitliği mevcuttur. Şekil 4.1.1 yüksek derecede yeknesaklık arz eden büyük türbinlerin tersine geniş tasarım uç hızları aralığını göstermektedir.

Image

Şekil 4.1.1. Küçük rüzgâr türbinleri

En düşük uç hızları birkaç yüksek torklu pompa tasarımı ile ilgilidir (Brummer 1 kW, 4 m. çapında, 7 kanatlı rüzgâr pompası 13 m/sn uç hızına sahiptir). En yüksek uç hızları daha büyük türbinlerde görülenler gibi ses sorunları olmaması gereken pazarlarda düşük torklu, düşük maliyetli bir sistem isteğini yansıtır. Bazı imalatçılar ayar sistemi maliyetinden kaçınmak üzere aşırı yüksek hızlara direnecek küçük pervaneler tasarlamaktadır (Örn. Bergey 10 kW, 7 m. çapında rüzgâr türbini 220 m/sn uç hızına kadar çalışmaktadır). Şekil 3.3.1 pervane yükü ve pervane hızını kontrol edecek eğim ve sapma uygulamasının yaygınlığını göstermektedir.

Küçük rüzgâr türbinlerinin aerodinamik performansı (piyasa liderlerin de bile) nispeten zayıftır. Örneğin, Bergey 10 kW, güç kapasitesine çevrildiğinde Bonus 600/41 ile benzer güç eğrisine sahiptir. Ancak pervane verimi Bergey’le 260, Bonus’la 455 W/m² ‘dir. Bu, küçük rüzgâr türbinlerinde olağan dışı bir durum değildir ve küçük rüzgâr türbinlerinin çok artırılmış maliyet/kW oranı kısmen, arttırılmış pervane çapının aerodinamik tasarımdaki eksiklikleri dengelenmek üzere kullanılması stratejisinden kaynaklanır.

Bu daha zayıf performansın nedeni, kısmen, düşük Reynolds sayısında çalışırken verim azalmasından yada uygun olmayan aerofolyo kesitinden kaynaklanır. Ancak bazen kanat tasarımında ve konstrüksüyonunda (ucuz kanat ve düşük ilk maliyet için) uygun olmayan taviz verilmesinden yada çok kaba güç ayar sistemleri kullanılmasından kaynaklanır. Avrupalı imalâtçılar için hızla büyüyen dünya pazarına çok rekabetçi bir tasarım üretebilecek özel teknolojik gelişmeler yapmaları için büyük bir fırsat belirecek gibi görünmektedir.

En küçük rüzgâr türbinleri boyları arasında Marlee Engineering ürünü Rutland tasarımları dikkat çekicidir. Bu akü şarjlı ünitelerin güç çıkışı 20 ilâ 250 W arasındadır. Bu tasarım aralığında 30 000’den fazla türbin satılmıştır.

4.2. Orta Boy Rüzgâr Türbinleri (30 – 600 kW)

Orta boy türbinlerin sayı ve kapasite dağılımları (Şekil 4.2.1 ve 4.2.2 ) 500 – 600 kW civarında ünitelerin arzında son zamanlarda büyük bir artış içerir ve dünya çapında kurulu kapasitede bu boy aralığının hâkimiyetini göstermektedir.

Image

Şekil 4.2.1. Çeşitli nominal güç aralıklarında rüzgâr türbin sayısı 

Orta boy rüzgâr türbini teknolojisi birkaç imalâtçının çok istikrarlı 600 kW rüzgâr türbinleri üretimi ile olgunlaşmıştır. Terminoloji ilham açısından teknolojiyi izlemektedir. On yıl önce kimse 600 kW rüzgar türbinleri orta boy sınıfına sokmamıştır.

Image

Şekil 4.2.2. Çeşitli güç aralıklarında rüzgâr türbinlerinin kurulu kapasitesi 

Türbin konfigürasyonları, bir süredir daha küçük orta boy 300 kW civarında türbinler arasında olduğu gibi üç kanatlı yavaşlama ayarlı tasarımların hâkimiyetiyle denge bulmuştur. Şimdi “sapmalı” sistemlerin çoğu döner elemanlı yataklar yerine sürtünme yastıkları kullanmaktadır. Yumuşak ilk çalışma elektroniği ve kutup değişimli jeneratörler yaygındır. Rüzgâr türbini tasarımında ses azaltma giderek vurgulanmaktadır. Ses bastırıcılığı çelikten daha iyi olan dairsel grafit demir döküm, ses iletimi azaltıcı elastomer conta yaygın özelliklerdir. Görsel etki tasarımları çoğunu bir derece – birkaç imalâtçının 2 kanatlıdan 3 kanatlı tasarıma geçmek zorunda kalması bakımından güçlü olarak, boya rengi tespitinde ve çirkin özelliklerden kaçınma bakımından daha hafif olarak, etkilenmektedir. Bazı imalâtçılar kule tabanını doğal çevreyi takliden yeşil/kahverengi tonlarına boyamakta, birkaç metre yükseklikte beyaza dönmektedir. Nordtank maliyet ve görsel etki bakımından optimum motor yeri biçimi tespiti için endüstriyel tasarımcılar çalıştırmaktadır.

Avrupalı rüzgâr türbinleri için dünya pazarı büyüdükçe çok sayıda tasarım adaptasyonu ortaya çıkmaktadır. Bu adaptasyonlar arasında düşük rüzgâr hızlı yerler (özellikle Hindistan) için büyük çaplı seçenekle ve kutupsal iklimler için düşük ısı tasarımları vardır. Orta boy rüzgâr türbini teknolojisi şimdi çok olgunlaşmıştır ve bu durumu radikal gelişmeler yerine başlıca olarak adım adım gelişmeler ile elde etmiştir.

4.3. Megawatt Ölçeğinde Tasarımlar

1980’li yıllarda çok sayıda megawatt ölçeğinde tasarım olmasına karşın bunların hiçbiri ticari teknoloji olarak çoğalamadı. Aşağıdaki imalatçıların megawatt ölçeğinde rüzgâr türbinlerine genel olarak test ve kontrol aşamasında, ancak bir çok durumda mevcut siparişlerinin büyük kısmı olarak sahip olması Avrupa Komisyonu WEGA programından büyük destek gören Avrupa rüzgâr endüstrisinin büyük başarısıdır. Enercon bu yıl 1.5 MW’lık 20 – 30 adet E66 monte edileceğini tahmin etmektedir.

Tasarım Tipi

Pervane Çapı (m)

Kanat Adedi

Göbek Yüksekliği (m)

Nominal Kapasite (kW)

Uç Hızı (m/s)

Kontrol Yavaşl. Adım

Hız

NEDWİND NW 53/2/1000-240

52,6

2

70

1000

68

+

2 hızlı

NORDIC 1000

53,0

2

58

1000

69

+

2 hızlı

BONUS 1 MW/54

54,0

3

60

1000

62

+

2 hızlı

MICON M2300-1000/250kW

54,0

3

59

1000

59

+

2 hızlı

NORDEX N 54

54,0

3

70

1000

62

+

2 hızlı

NEDWIND NW55/2/1000-240

55,0

2

70

1000

71

+

2 hızlı

HSW 1000/57

57,0

3

70

1050

68

+

2 hızlı

NORDTANK 1500/60

60,0

3

68

1500

60

+

Sabit hızlı

AUTOFLUG 1200

61,0

2

60

1200

66

+

2 hızlı

VESTAS V63-1,5mW

63,0

3

60

1500

69

+

Değişken

TACKE TW 1,5

65,0

3

80

1500

68

+

Değişken

ENERCON - 66

66,0

3

100

1500

70

+

Değişken

KVAERNER WTS 80

80,5

2

80

3000

88

+

Değişken

Tablo 4.3.1. Mevcut megawatt ölçeğinde rüzgâr türbinleri

Enercon E 66 doğrudan tahrikli jeneratör kullanan (E-40 tasarımında başarı ile kullanılan teknolojinin ölçek yükseltimine dayalı) ilk megawatt ölçeğinde rüzgâr türbini olarak dikkate değerdir. Sadece Nordtank daha küçük Danimarka rüzgâr türbinlerinin geleneksel tarzında sabit hızlı yavaşlama kontrollü çalışmaya bağlı kalmış, Enercon geniş değişken hız aralığını olarak tarif edilebilecek prensibi benimsemiştir. Nordtank’ın sabit hız kararının bedeli en düşük uç hızı, en yüksek özgül tahrik sistemi torku elde edilmesidir. Yararı her zaman olduğu gibi basitliktedir. Enerjinin hayati niteliği maliyet ancak zaman ile ortaya çıkacaktır.

Diğer imalâtçıların tümü bir derece hız değişkenliği benimsemiştir. Bu ya düşük rüzgârlarda ses ve enerji üretimi (özellikle 2 hızlı sistemler) nedenlerine veya yüksek rüzgârlarda adım kontrolü ve güç kalitesini arttırmaya yöneliktir. Tacke Windtechnik güç ayar donanımının tam güç kapasitesine ayarlanmaması, böylece maliyet tasarrufu için çift beslenmeli bir endüksiyon geniş değişken hız aralığının doğrudan tahrikli jeneratör tasarımlarının ayrılmaz bir parçası olmadıkça masrafa değmediğine dair fikir birliği oluşacak gibi görünmektedir.

Çok büyük rüzgâr türbinleri için uç frenleri bakımından maliyet ve mühendislik zorlukları vardır ve Bonus, normal çalışma için sabit adımlı yavaşlama kontrolünü sürdürse de, pervane frenlemesi ve aşırı hız koruması için tam mesafeli adımla yavaşlamayı tercih etmektedir.

En büyük türbin, Kvaerner Türbini B MW tasarımı İsveç’te büyük türbin teknolojisine duyulan ilginin sonucudur. 1983’te Nasudden ve Maglarp’ta 2 adet 2 MW türbin kurulmuştur. İkinci neslin geliştirilmesi Nasudden II programında İsveç-Alman işbirliği yaratarak 1988’den sonraki çalışmaların ürünü olmuştur.

Oluşan 3 MW 80 m. çapında türbinler, Nasudden II ve Aeolus II, hedef emre amadeliği aşarak ve bakım ihtiyaçlarında önemli azalma elde ederek 3 yıldır çalışmaktadır. Ancak Kvaerner mevcut tasarımları ticari kullanım için çok pahalı bulmaktadır.

4.4. Deniz

Avrupa rüzgâr endüstrisinde bir sonraki büyük gelişmenin denizdeki kaynaktan önemli ölçüde istifade elde edilmesi olacağı tahmin edilmektedir. Bunu destekleyen geliţmeler:

  • denizdeki rüzgâr kaynağının daha iyi tahmin edilmesi ve rüzgâr modeli kurulması için daha iyi metodoloji,

  • kombine rüzgâr ve dalga yükü ile başa çıkabilen tasarım araçları geliştirilmesi,

  • belgeleme kurallarının aynı şekilde geliştirilmesi,

  • makinenin denizde kalması, bakım ve enerji maliyeti hususlarının değerlendirilmesi için pilot tesis rüzgar çiftliklerinin kurulması alanlarında gerçekleşmiştir.

Son zamanlardaki pilot tesisler:

Yer

Kapasite

Türbinler

Şirket

Kurulma Tarihi

Vindey

5 MW

11 Bonus 450 kW

Elkraft

1991

Lely, Ijsselmeer

2 MW

4 NedWind 500 kW

ENW

1994

Tuno Knob, Jutland

5 MW

10 Vestas V39 500

Midkraft

1995

Dronten, Ijsselmeer

17 MW

28 Nordtank 600 kW

ENW

1997

Tablo 4.4.1. Avrupa’nın denizdeki tesisleri

İlk ciddi ticari deniz rüzgâr çiftliği Danimarka şirketi ELKRAFT’ın 11 Bonus 450 kW rüzgâr türbini ile kurduğu ve Bonus’un maliyetini 77 milyon DK olarak bildirdiği Vindeby Deniz Rüzgâr Çiftliğiydi. Türbinler derinliği 2,5 – 5,2 m. arasındaki sığ suda 1,5 – 3 km. deniz içine yerleştirildi. Her türbinin geniş tabanlı toplam konik (yarısı çakıl ve kum olan) 1050 kg. ağırlığında temeli vardır.

Bonus’un denizde çalışmada azami maliyet yararı için özel türbin tasarımı üretme niyeti yoktu. Hedef standart rüzgâr teknolojisinin kullanılması, ancak türbinlerin sürekli idamesi için donanımın denizde kalabilirliğinin artırılması için gerekenin belirlenmesiydi. İki nem giderici, iki ilâve küçük servis vinci, özel bir soğutma sistemi ve kuleler için özel boya özellikle deniz ortamı nedeniyle kullanılan ana kalemlerdi. Bu, özellikle kara türbinleri atmosferde tuz buharı olan sahil ortamına göre tasarlandığı için, denizde çalışma için denizde kalabilirliğinin türbin sistemi üzerindeki ek etkisinin küçük olduğu genel görüşünü doğrulamaktadır.

Ancak daha önemli bir konu bakım ziyaretlerinde türbin bağlama sistemlerinin kullanılmasındaki çok sakin deniz durumu hariç güçlüktür.

3 NedWind 500 kW rüzgâr türbini içeren Medemblik yakınında Ijsselmeer’deki küçük rüzgâr çiftliği Haziran 1994’te hizmete alındı. Türbinlerin dinamik davranışı aynı şekilde analiz edilmiş ve karadaki yerlere göre enerji üretiminde %30 kadar iyileşme gösteren bazı performans ölçümleri yapılmıştır. İlginç teknik özellikleri arasında türbinlere fırtına geçişi sırasında yıldırım çarpma tehlikesini azaltıcı surette 2 kanadı yatay durumda park etme talimatı veren bir rüzgâr çiftliği Elektrik Fırtınası Teşhis Aygıtı (ESID) bulunur. Bir sis tesbit aygıtı pervaneyi park etmek ve gemilerin emniyeti için ikaz lambalarını yakmak üzere çalışmaktadır.

Ekim 1995’te, Midkraft’ın Tuno Knob’da kurduğu 10 Vestas V39 500 kW rüzgâr türbini faaldi. 5 m derinlikle suya , 6 km deniz içine her biri 1000 tonluk kapalı sandık temeller kullanılarak yerleştirildi. Kuş yaşam etüdü, görsel etki değerlendirmesi ve deniz arkeolojisi dahil diğer çevresel hususlara büyük dikkat sarf edildi. 6 aylık çalışma sonrası enerji üretim maliyetinin karadaki üretim maliyetinden %40 kadar yüksek olduğu tahmin edildi.

Son ve en büyük gelişme 28 Nordtank 600 kW türbinin Lely tesisine çok benzer çelik tek kazıklı temeller üzerinde kurulmakta olduğu Dronten yakınında Ijsselmeer’in doğu sınırında bir yerdedir. Türbinler 5 m derinlikte sadece 40 m deniz içindedir, yaya köprüleri ile ulaşıma sahiptir.

Deniz teknolojisinin şimdiki durumunda dalga darbe yüksekliği üzerindeki türbinler kara türbinlerinden biraz farklıdır. Özel tasarımlı, şimdiki rüzgâr türbinlerinden yüksek ünite kapasiteli deniz rüzgâr sistemlerinin potansiyel yararı önemlidir. Deniz rüzgâr enerjisi evrimine henüz başlamamıştır. Gelecek asrın ilk yıllarında en heyecanlı faaliyet alanlarında biri olacaktır. Bu gelişmenin başladığına dair belirgin işaretler vardır – imalâtçıların ve büyük geliştirmecilerin çoğu şimdiden aktif surette bu teknolojiyi araştırmaktadır.

4.5. Pervane Kanat Teknolojisi

Megawatlık rüzgâr türbinleri için şimdi 66 m çapına kadar büyük türbin pervaneleri ticari üretime girmiş ve 100 m çapına kadar pervaneler (Growian, MOD 5B) çalıştırılmış olarak, rüzgâr endüstrisine özgü bir pervane kanat teknolojisi gelişmiştir. Evrimi ve durumu şimdi ele alınmaktadır.

4.5.1. Kanat Malzemeleri ve İmalât

Tablo 4.5.1’de kullanılan başlıca kanat malzemeleri ve satış adetleri verilmiştir.

Image

Tablo 4.5.1. Başlıca kanat malzemeleri ve satış adetleri 

Çelik (çok fazla öz ağırlık) ve alüminyum (yorulma direnci açısından çok belirsiz) ile ilk denemelerden sonra, dünya rüzgâr türbini pazarı şimdi tamamen kompozit konstrüksiyona dayalıdır. Çeşitli netliklerde cam elyafı ve polyester reçinesi içeren cam takviyeli plastik (GRP) büyük farkla en yaygın sistemdir. GRP kullanımı tekne imâl tecrübesinden türemiş olup, yaygın surette ucuz ancak yüksek otomasyon potansiyeli kısıtlı ıslak döşeme ve elle laminasyon teknikleri içerir. Dünyanın öncü kanat imalâtçısı LM Glasfiber 1995 yılında dünya çapında kurulu türbin kapasitesinin %50’sine kanat temin etmiştir. Şimdi lider imalâtçı Aerpac (Hollanda) gibi görünmektedir. Diğer başlıca imalâtçılar Rotorline (Hollanda), Polymarin (Hollanda), Abeking ve Rasmussen (Almanya)’dır, tümü çoğunlukla cam elyafı esaslı kanat tasarım ve imâli ile uğraşmaktadır.

Tahta, ana elyafların tek yönde hizalanmasını sağlayan mantıklı bir malzemedir. Yaygın olarak bükülmede rüzgâr yüklerine direnecek surette tasarlanan tahta, mükemmel yorulma direnci ve sertlik özelliklerine sahiptir. Modern rüzgâr türbini kanatlarında tahta kullanımında kritik faktör tasarım ömrü sırasında önemli nem değişiminin önleyici tahta yapraklarını yapıştıracak (laminasyon için uygun düşük yapışkanlıkta) bir epoksi reçine sisteminin evrimiydi.

Reçine sistemini ilk olarak Michigan’daki Gugeon Brothers geliştirdi. Gugeon Brothers California’da ABD rüzgâr türbini pazarına çok sayıda kanat temin etmiştir. Son birkaç yılda, 1980’li yılların başındaki İngiliz gelişmeleri ile teknik bağlantılı Taywood Aerolaminates (TAL) uluslararası pazara tahta epoksi kanat satışları yapmıştır.

Karbon Elyafı Takviyeli Plastik (CPRP) kanatlar çok yeni bir gelişmedir. Bu malzeme sisteminin kesinlikle roket uygulamaları için olduğu ve rüzgâr türbinleri için çok pahalı olduğu varsayılmıştı. Ancak akıllı üretim teknikleri kullanarak Fransız şirketi ATV Enterprise düşük maliyetli rüzgâr türbin kanatlarında üretmiştir.

Kanat malzemelerinde kilit sözcük kompozittir. TAL’ın tahta kanatlarında arka kenarda mesafenin %40’ında köpüklü cam konstrüksiyonu ve köpüklü cam kesme örgüleri bulunur. Kanatların neredeyse tümü ayrılma direnci için yüzeyde 450’dir. Bazı imalâtçılar (LM-Aeroconstruct) yüksek kaliteli cam içeren epoksi reçine kullanır. Bazen belirli alanlarda (genellikle karbon olmayan) kanatların direncini artırmak üzere karbon elyaflar eklenir.

4.5.2. Kanat Tasarımı Ölçek Arttırımı

Orta ve büyük boy rüzgâr türbinlerinde kullanılan kanat kütle aralığı verileri Şekil 4.5.2’de sunulmaktadır.

Image

Şekil 4.5.2. Kanat Kütle Ölçeği 

En yeni olarak en büyük kanatların üretilmesi ve imalâtçının öğrenme eğrisinin zirvesinde olarak özgül kütle ve maliyet azaltıcı son gelişmelerden en çok yararlanması yaygın durumdur. Sadece 40 m çapından büyük pervanelere ait kanatlar dikkate alınır, yani daha küçük kanatlar hariç tutulursa Şekil 4.5.2’nin trend çizgisi katsayısı 2,6’dan 2,8’e çıkar. Çok tutarlı üretilen kanatlar (örn. ATV kanatları) yaklaşık küp katsayısında kütle ve maliyete sahiptir.

4.6. Mevcut Teknolojide Ölçek Eğilimlerinin Değerlendirilmesi

Beklendiği gibi, küçük makineler yeryüzünün sınır tabakasının en kötü etkilerinden kaçınmak üzere nisbeten yüksek kule yüksekliklerine sahiptir. Yaklaşık 30 m çapından büyük türbinlerde (Şekil 4.6.1.) ortalama olarak kule yüksekliğinin pervane çapına orantılı ve yaklaşık olduğu açıktır. Bu seçenek hem teknik hem de görsel değerlendirmelerin bir sonucudur.

Image

Şekil 4.6.1. Kule yüksekliğinin ölçeklendirilmesi 

İmalâtçıların değişik kule yükseklikleri sunduğu çoğu durumda nisbeten tutarlı tablo orta değerde kule yüksekliği seçilerek elde edilir.

Zemin yukarısında rüzgâr hızının değişkenliğini genellikle üs a içeren bir güç yasası temsil eder ve şekil olarak benzer rüzgâr türbinlerinin güç çıkışının çapa (D), D(2+3a) olarak bağlı olacağı hemen anlaşılır. Üs a en tipik olarak 1/7 alınır, yani D2,43 olur. Tasarım uygulaması, trend çizgisi katsayısı olarak 2,42 üstel sayısını vererek buna uyduğu ölçüde (Şekil 4.6.2.) bu açıktır.

Image

Şekil 4.6.2. Büyük rüzgâr türbinlerinin nominal güçleri 

Pervane çapı arttıkça motor yeri kütlesinin küp oranının altına indiği (Şekil 4.6.3.) açıktır. Ancak daha küçük (genellikle daha eski) tasarımlar hariç tutulursa üstel sayı (Şekil 4.6.3’te 2,4’) 2,7’ye çıkar.

Image

Şekil 4.6.3. Motor yeri kütlesinin ölçeklendirilmesi 

Motor yeri kütlesi başlıca tahrik system torkuna, tahrik system torku da jeneratör gücü ve tasarım uç hızı seçimlerine bağlıdır. Ayrıca geçerli tasarım standartlarına ve imalâtçının yaklışımına, örneğin ucuz kalın çelik plaka kullanımında basitlik veya daha optimum ağırlığı azaltılmış imalâtlar tercihine bağlıdır. Şekil 4.6.4’te uç hızını ve güç değerini dikkate alan bir normalleştirme uygulamıştır. En aşırı saplamalar gerçekte imalâtçının ağırlık tasarruf yaklaşımına atfedilebilirken, veriler yine de yüksek dağılım sergilemektedir. Ancak trend çizgisi katsayısının şimdi neredeyse tamamen kübik olması dikkate değer.

Image

Şekil 4.6.4. Normalleştirilmiş motor yeri kütlesinin ölçeklendirilmesi 

Rüzgâr türbini ölçeklendirilmesine basitlik yanlışı bakış ile, sık sık kareküp yasasından bahsedilir. Rüzgâr türbinlerin ölçek artırımı şimdi zemin yukarısında artan ortalama rüzgâr hızının yararı nedeniyle “kare” kısmının 2.4’e daha benzer olması sonucu bu yasanın belirttiğinden daha uygundur. Ancak değişkenlerin tümü (özellikle tasarımın yaşı) dikkate alındığında kütle ve maliyetler ölçeklendirilmesi için kübik katsayıya gore daha az temel mevcuttur.

Arazi kullanımı, elektrik bağlantısı vs. gibi direkt makine maliyetleri ötesinde faktörler çok büyük türbinlere ekonomik yarar sağlamaktadır. Orta ve büyük boy rüzgâr türbinlerinde (Şekil 4.6.5) fiyat/kW oranı şu anda ölçeğe oldukça duyarsızdır ve piyasa gelişmesini ve teknik ilerlemeyi yansıtan düşük düzeydedir.

Image

Şekil 4.6.5. Rüzgâr türbinlerinde fiyat/kW oranı 

Rüzgâr türbinlerinin taradığı alanın m2 başına fiyatı, büyük rüzgâr türbinleri aleyhine görünmektedir (Şekil 4.6.6).

Image

Şekil 4.6.6. Fiyat/Rüzgâr türbinlerinin faaliyet alanı 

Ancak bu fiyat, bahsedildiği gibi (Şekil 4.6.2) D2 yerine D2,4 kullanılarak ilgili üretkenlik ile ilişkilendirildiğinde en sona megawaltlık türbinlerin yerleşmiş orta boy tasarımlara gore özgül fiyat bakımından çok benzer olduğu doğrulanmaktadır.

Image

Şekil 4.6.7. Fiyat/Rüzgâr türbinleri normalleştirilmiş alanı 

En büyük rüzgâr türbinleri özgül makine fiyatı bakımından orta boy tasarımlarla açıkça rekabet eder görünse bile, megawatlık türbinler genellikle en son ve en gelişmiş türbinlerdir ve orta boy türbinlerin tasarımı tekrar elden geçirilip daha da iyileştirilebilir. Daha fazla üreten ünitelerin şirketlere cazibesi ve belirli yerlerde yararlanmanın avantajları, deniz uygulamalarında temel bloğu başına daha fazla üreten ünitelerin ekonomik yararı gibi açıktır.

Şimdi sector kritik bir teknolojik sorun ile karşı karşıyadır: mevcut kavramların ölçek yükseltilmesi sınırlarının ve çok megawatlık türbinlere ait kavramlara geçiş noktasının değerlendirilmesi.

5. Rüzgâr Çiftliği Teknoloji Sorunları

5.1. Rüzgâr Çiftliklerinde Rüzgârdan İstifade

Rüzgâr enerjisi potansiyelinden yararlanılması diğer yetenekler ve mühendislik disiplinler gerektirir. Rüzgâr çiftliklerinde – makine grubuna verilen genel isim, büyük ölçüde istifade azami birkaç yüz adet çiftlikte gerçekleşmektedir. Rüzgâr enerjisinin klasik alternatifler ile rekabet edebilmesi için enerji maliyetinin en aza indirilmesi gerekir, dolayısıyla rüzgâr enerjisinden üretilen elektriğini toplam maliyetinin tesbitinde sadece türbinlerin değerlendirilmesi yeterli değildir. Tesisin dengesi: İnşaat ve elektrik mühendisliği karadaki bir rüzgâr çiftliğinde %15 ilâ %40 arasında paya sahiptir, deniz uygulamalarında bu %50’ye kadar çıkabilir.

5.2. Tesis Dengesi

Tesisin dengesi inşaatları içerir; yollar, temeller, ek binalar, elektrik sisteminin makineleri birbirine ve ulusal elektrik sistemine bağlamasını içerir. Genellikle her makine altında ve ulusal elektrik sistemi bağlantısında birer transformatör, ayrıca ilgili şalt donanımı ve ölçü aletleri bulunur.

Rüzgâr çiftliklerinin çoğunda uzak operatörün rüzgâr çiftliğini büyük hassasiyetle çalıştırması ve kontrol etmesine imkân veren gelişmiş bir izleme sistemi bulunur. Bu sistem SCADA (Denetim, Kontrol ve Bilgi Toplama) sistemi olarak bilinir. Tesisin elektriksel ve inşaat unsurları nisbeten standarttır, ancak rüzgâr çiftlikleri sürecinin maliyet etkisi büyük ölçüde azalmıştır. Temeller kısmen yük anlayışının iyileşmesinden kısmen de bir rüzgâr çiftliğinin sistem yönü takdir edilmesinden dolayı 5 yıl öncesine göre çok daha alçak gönüllü görünmektedir. Tipik montaj ve hizmete alma süreleri şimdi bir 600 kW’lık türbinli makine başına 1 güne kadar inmiştir. SCADA sistemleri hem güvenilirlik hem de gelişmişlik açısından büyük ölçüde katkıda bulunabilir. Şimdi rüzgâr çiftliğinde her makinenin sadece enerji verimini değil arızaları, önemli eleman sıcaklıklarını ve diğer sıhhat izleme sinyallerini, keza rüzgâr hızlarını ve yönlerini ve tüm bakım görevlerinin ayrıntılı bir kaydı ile kullanılan yedek parçaları verecek kayıtların her yarım saatte elde edilmesi rutin olarak surette beklenmektedir.

5.3. Enerji Tahminleri ve Optimizasyon

Bir rüzgâr çiftliğinin enerji verimi üç bileşene bağlıdır; makineler, rüzgâr ve yer. Rüzgâr ve yer bir rüzgâr çiftliğinin geliştirilmesinde aynı derecede önemlidir ve en azından bu teknoloji başlığı altında kısa bir bahse lâyıktır.

Bir rüzgâr çiftliğinin ömrü 20-30 yıldır. Bu sure içinde bir rüzgâr çiftliği kurulması için borçlanılan tutarı geri ödemeye ve uygun getiri sağlamaya yeterli enerji üretmelidir. Bu nedenle uzun vadeli rüzgâr davranışının anlaşılması son derece önemlidir. Rüzgâr çiftliğinin ilk günlerinde rüzgârın doğru değerlendirilmesi bir tür aşırılıktı ve bu yaklaşım sektör için önemli güçlüklere yol açtı. Ancak şimdi doğrudan ölçüm veya rüzgâr kaynağı tahminlerine alınabilecek kadar güven sağlayan yakındaki meteorolojik istasyonlar ile karşılaştırmaya dayalı gelişmiş ve güvenilir yöntemler mevcuttur. Rüzgâr enerjisi sektörüne giren bankalar için, dolayısıyla sektörün geleceği için bu hayati önem taşır.

Yer topografisi bazı yerlerde rüzgârı büyük ölçüde etkileyebilir. Rüzgâr hızı yokuş yukarı artar, yokuş aşağı azalır. Ancak meyiller çok dikse, rüzgâr araziden ayrılabilir ve hasar yapıcı aşarı çalkantı ve daha düşük ortalama rüzgâr hızı üretebilir. Bu nedenle dikkatli yer seçimi zaruridir. Nisbeten uzman olmayan kullanıcıların akış dinamiğinde güçlü bir araca kavuşmasını sağlayan kullanıcı dostu topografik rüzgâr akım modeli WASP (10)’ı yayınlayan Danimarka Milli Laboratuvarının (RISO) yerel topografik etki hesabından bazı büyük gelişmeler olmuştur. Doğru şartlarda kullanıldığında bu araç yerel akımlar için güvenilir sonuçlar üretebilir ve rüzgâr enerjisi toplumunca yaygın olarak kullanılmıştır. Bir rüzgâr çiftliğindeki makineler birbirleriyle etkileşirler. Bu etkileşim makinelerin ürettiği “dümen suları” ile gerçekleşir. Bir makine diğerinin dümen suyunda çalıştığında sadece daha düşük ortalama rüzgâr hızı değil çok daha yüksek çalkantı, dolayısıyla hasar yapıcı akım ile karşılaşır. Makinelerin birbirlerinden güvenli mesafe uzaklıkta, ancak aynı zamanda düşük maliyet için yeterince yakın tutulması önemlidir. Hem ayrı dümen sularının hem de tüm rüzgâr çiftliklerinin davranışının anlaşılmasına büyük çaba sarf edilmiştir. Teknoloji şimdi olgunlaşmıştır ve akım ayrılması olmazsa hem enerji üretiminin hem de rüzgâr çiftliğinde karşılaşılan yüklerin tahmini için güvenilir modeler mevcuttur. Şimdi topografik modellerin ve dümen suyu modellerinin rüzgâr çiftliklerinin tertiplerinin optimizasyonunu sağlamak üzere birlikte çalışmasına müsait yeni araçlar belirmektedir. Bazen bu modeler bir rüzgâr çiftliğinin üretimini “gözle” yapılan tasarımlara göre %10’a kadar artırabilmektedir.

Teknolojinin bazı yeni alanları rüzgâr çiftliklerine ilişkin izin hususlarının (rüzgâr türbini ses yayılımı ve verilen rahatsızlık, elektromanyetik haberleşmenin etkilenmesi, bir rüzgâr çiftliğinin ve gerçekçi fotomontajların tesbiti) bir sonucu olarak gelişmiştir. Bu hususların hiçbiri sadece rüzgâr enerjisi için gerekli değildir, ancak her birinin bu yeni tür gelişmenin doğru değerlendirilmesine müsait bazı özel iyileşmelere ihtiyacı vardır. Rüzgâr enerjisi sektörü bu soruna kadar yükselmiş olup, bu konuların her birinde yeni fiziksel ve hesaplama araçları geliştirilmiş, kontrol edilmiş ve benimsenmiştir. Planlama aşamasında bir rüzgâr çiftliğine dair doğru bilgi yerel kamuoyuna rüzgâr çiftliği hakkındaki doğru ve bilgilendirici bir fikir verecek çevresel beyanların hazırlanmasında zaruridir. Bu yeni araçlar bu gereğin yerine getirilmesine yardımcı olmuştur.

6. Elektriksel Entegrasyon

6.1. Zayıf Ulusal Sistemler

Avrupa’nın rüzgâr kaynağından yararlanılmasını sınırlayan ekonomik faktörlerden birinin rüzgâr türbinlerinin kurulması için en cazip alanlarda büyük ölçüde zayıf mevcut kamu elektrik şebekesi olduğu şimdi açıkça takdir edilmektedir. Temel sorun dağıtım sistemlerinin gücü toplamaya değil, tüketiciler dağıtmaya tasarlanmış olmasıdır. Bu nedenle sorun ekonomiktir. İyi bir yerde büyük bir proje mevcut şebekede nisbeten güçlü bir noktaya uzun bir besleme hattı kurulmasını haklı gösterebilir. Ana sorunlardan bazıları:

6.1.1. Sabit Durum Voltajı

Rüzgâr türbini veya rüzgâr çiftliğinden kaynaklanan gerçek ve reaktif güç şebeke empedanslarından aktıkça şebekedeki voltajları etkileyecektir. Şebeke zayıfsa etki büyür.

6.1.2. Voltaj Aşaması Değişmeleri

Elektrik şirketleri bir müşterinin voltajda yol açabileceği azami ani adım değişimi sınırlarını belirlerler. Rüzgâr türbinleri ilk çalışmada veya jeneratörler arası geçişte voltajda adım değişimlerine yol açarlar. Bir şebekedeki çok zayıf noktalar için bu husus bağlabilecek rüzgâr türbini sayı ve ebadını sınırlayıcı faktör olabilir.

6.1.3. Titreme

Rüzgâr türbinleri gerçek ve reaktif güçte, dolayısıyla voltajda dalgalanmalara yol açar. Voltaj dalgalanmaları akkor aydınlatma ışık yoğunluğunun hissedilir şekilde dalgalandığı titreme olayı ile müşteriyi rahatsız edebilir. Değişken hızlı rüzgâr türbinleri sabit hızlılara göre genelde çok daha az titreme yapar. Titreme zayıf şebekelerde önemli bir sorun olabilir. Bir tesisin ürettiği titreme limitleri şirketler arasında değişir. Bazılarının çok basit bir prosedürü varken, bazıları şebekenin titremesini tüm şebeke kullanıcıları arasında eşit olarak paylaştırma tasarımlı kompleks bir metodoloji tarif eden uluslararası standartları sahiptir.

6.1.4. Harmonikler

Zayıf kırsal şebekelerde ev kullanıcılarından doğan ve belirtilen limitleri zaten aşan önemli düzeylerde harmonikler olabilir. Bunlar başlıca olarak akşam televizyonlar açıldığında zirveye çıkan beşinci veya yedinci harmoniklerdir.

6.1.5. Voltaj Dengesizliği

Zayıf kırsal şebekelerde tüketim yüklerinin çoğu tek fazlıdır. Bunlar fazlar arasında eşit olarak paylaştırılmazsa voltaj dengesizliği oluşur. Bu şebekelere bağlanan endüksiyonlu makineler dengesizliği azaltıcı etki yapar, ancak zamanla aşırı ısınırlar. Bazı durumlarda voltaj dengesizliğinin belirtilen düzeyleri aştığı ve rüzgâr türbinleri önemli süre atıl kaldığı bilinmektedir.

6.2. Güç Kalitesi

Titreme, harmonikler ve ilgili diğer sorunlar “güç kalitesi”ni ilgilendirir. Rüzgâr türbinlerinin güç kalite standardı halen uluslararası rüzgâr endüstrisinden üyelere sahip IEC Çalışma Grubunca tasarlanmaktadır. Avrupa’nın rüzgâr enerjisi kaynağından tam yararlanılması için şebeke bağlantısını düzenleyen duyarlı ve iyi değerlendirilmiş düzenlemeler gereklidir. Rüzgâr endüstrisinin gereksiz derecede pahalı şebeke bağlantılarında doğan kısa devre gücü ile rüzgâr türbini kapasite arası orantıya dayalı esnek olmayan elektrik şirketi kriterlerini sorgulaması gereklidir.

“Kabul edilebilir asgari şebeke gücü” tek bir rüzgâr türbininin diğer tüketicilere yetersiz etkiler (kötü güç kalitesi) yaratmadan bağlanabileceği bağlantı noktasının asgari kısa devre düzeyidir. Bu değer küçüldükçe bir noktaya kötü etkiler yaratmadan bağlanabilecek türbin kapasitesi açıkça artmaktadır. Bu parametreye duyulan ilgi Alman elektrik şirketlerinin şebekeye çok sayıda rüzgâr türbini bağlama davranışına yol açmıştır. Bu, sektör için hem teknolojik gelişmenin önemli bir alan olduğuna hem de tekno-politik endişe alanına işaret etmektedir.

6.3. Şebeke Maliyetleri ve Yararları

“Gömülü” (jeneratörler dağıtım sistemine bağlı, tüketicilere yakın olduğu) üretimin bir elektrik sistemine muhtemel maliyet ve yararları sektörde çok yakın geçmişin tartışma konusu olmuştur.

6.3.1. Kayıplar

Elektriğin büyük merkezi santrallerden tüketicilere nakli sırasında enerji kaybı olur. Bazı durumlarda “gömülü” jeneratörler şebekeye sağlanan bu yararın tahmini değeri açısından değerlendirilir.

6.3.2. İletim Sistemi Yararları

Kayıplar dışında bir iletim sistemi işletim maliyetlerin büyük kısmı iletim sistemi kapasitesi, özellikle her yıl kısa bir devrede gereken azami kapasite için sermaye maliyeti ile ilgilidir. Açıkça, gömülü üretim tüketicilere yakındır ve bu nedenle iletim sistemi üzerindeki talepleri azaltır.

6.3.3. Dağıtım Sistemi Takviyesi

Gömülü üretimin mevcudiyeti dağıtım sisteminde kapasite serbestisi yaratabilir. Bu, sistem takviye gereğini erteleme ve/veya sisteme yeni tüketici yükü bağlama fırsatı verir. Bu elektrik şirketine, dolayısıyla tüketicilerine, tasarruf sağlar. Rüzgâr genellikle güç kontrol faktörü olmayan son derece kesintili bir üretim kaynağı olduğu için bu tür yararlar muhtemelen küçük, yere özgü kalacaktır.

6.3.4. İyileştirilmiş Arz Güvenilirliği

Bu yarar gömülü üretimin esasen dağıtım sisteminde dağınık üretim olmasından doğar. Ağ şeklinde bir dağıtım şebekesinde şebeke elemanlarından birinde bir arıza diğer elemanların aşırı yüklenmesine ve daha fazla arızaya, sonuçta tüketicilere arzın kesilmesine yol açar. Şebekeye gömülü üretim aşırı yüklenme ve arzın kesilmesi ihtimalini azaltır.

6.3.5. Çevresel Maliyetler ve Yararlar

Her türlü üretimin çevresel maliyetler ve yararları bütün olarak geniş kabûl göre de bunlara parasal kaynak ayrılması teşebbüsleri genellikle sıcak tartışmalar yol açmakta ve nadiren kabûl görmektedir. Petrol, gaz, kömür gibi fosil yakıtların yakılması büyük ölçüde çevresel ve sosyal hasara yol açan emisyonlar yaratmaktadır. İklim değişiminin tam maliyeti henüz tam takdir edilmemiştir. Artan kararsız hava tarzı, yükselen deniz düzeyleri ve artan hastalık oranı muazzam potansiyel sosyoekonomik maliyetleri beraberinde getirir.

7. Standartlar ve Belgeleme

7.1. Rüzgâr Türbini Belgelemesi

Rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi sektör için sadece Avrupa’da değil, önceleri ABD’nin düzensiz piyasasında, Güney Amerika, Asya ve Avustralya’da yükselen pazarlarda artan önemde bir gerek haline gelmiştir. Yasal gerek haline gelmiştir. Yasal gerek olmayan pazarlarda bile belgeleme bir rüzgâr projesinin yatırım ve sigorta temini için ticari gerekliliktir.

Kuzey Avrupa’da, özellikle Danimarka, Almanya ve Hollanda’da rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi rüzgâr projelerinin inţaat izni ve/veya sübvansiyon alabilmesi için uzun süreden bu yana gereklidir. Bu üç ülkede kurallar ve standartlar belgeleme esası olarak geliştirilmiş olup, bunlar imalâtçıların benimsediği tasarım usûllerini doğrudan etkilemektedir. İlgili ulusal standartlar ve belgeleme kuralları:

  • (Danimarka’da) Danimarka DS 472 standardı (14) ve onay ve belgeleme Teknik esası (15),

  • Almanya’da (16) Alman Yapıtekniği Enstitüsü (DIBt) Rüzgar Türbinleri Mevzuatı”, Alman Lloydu (GL) “Rüzgar Enerjisi Dönüştürme Sistemleri Belgeleme Mevzuatı” (17),

  • Hollanda’da “Rüzgâr Türbinleri Tip Belgeleme Teknik Kriterleri, NEN 6069/2,(18).

Bu çeşitli ulusal standartlar ve belgeleme kuralları arasında emniyet faktörleri ve tasarım yük durumlarından rüzgâr türbini emniyet sisteminin farklı gereklerine kadar önemli farklılıklar vardır. Standartlar ve belgeleme kurallarının uyumlulaştırılması aşağıda açıklanan uluslararası girişimlerin arasındaki başlıca itici güç olmuştur.

Yukarıda sayılan standartlar ve belgeleme kurallarına ek olarak özellikle deniz rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi için Alman Lloydu’nun yayınladığı bir dizi kural mevcuttur.

Bu kurallar halen deniz rüzgâr tesisleri için mevcut tek tasarım ilkeleridir.

7.2. Uluslararası Standartlar

1987 yılında Uluslararası Elektroteknik Komitesine (IEC) bağlı “Eylem Komitesi” rüzgâr enerjisi alanında uluslararası standartlar geliştirilmesini başlatılması gereğine karar verdi. Bir teknik komite, IEC/TC88 ve teknik alanlarda odaklanacak Çalışma Grupları kuruldu. 1987 yılından bu yana aşağıdaki uluslararası standartlar geliştirilmiş ve onaylanmıştır:

  • IEC 1400-1: Rüzgâr Türbin Jeneratör Sistemleri Emniyeti

  • IEC 1400-1: Küçük Rüzgar Türbinlerinin Emniyeti

Bu iki standart dünya çapında rüzgâr endüstrisinde büyük önem görmektedir.

Diğer iki IEC standardı halen son onay aşamalarındadır. Bu standartlar rüzgâr türbinlerinin akustik ölçüm teknikleri ve güç performansı ölçüm teknikleri alanlarını kapsamaktadır. Ayrıca aşağıdaki alanlarda standartlar ve ilkeler hazırlamak üzere IEC/TC88 Çalışma Grupları kuruldu:

  • IEC 1400-1 değişikliği

  • Kanat test yöntemleri

  • Belgeleme yöntemleri standardizasyonu

  • Güç kalitesi

  • Mekanik yük ölçümleri<

Tüm Avrupa iç pazarında uyumluluğun artırılması amaçlı ayrı bir girişim olarak Avrupa Komisyonu elektrik işlerinden sorumlu Avrupa standatları kurumuna (CENELEC) yetki vermiştir. Bu yetki CENELEC’in Avrupa pazarında rüzgâr türbinleri için standartlar geliştirmesini öngörmektedir. CENELEC’in faaliyetleri oldukça ilerlemiştir ve her ne zaman mümkün olursa çıkacak standatların eşdeğer IEC belgelerini esas alacağı açıktır.

Rüzgâr Enerjisinin Maliyeti,Fiyatı ve Degeri

Yönetim Özeti

1. GİRİŞ

Rüzgâr enerjisinin fiyatına tek bir değer biçilemez. Bu, termik santrallerin enerjisi fiyatları için geçerlidir. (Rüzgâr tribünleri, rüzgâr çiftlikleri gibi) santral maliyet ile ürettikleri elektrik enerjisi fiyatı arasında ayrım yapılması önemlidir. Sermaye maliyetleri başlıca olarak kuruluş büyüklüğüne bağlıdır (Ölçek ekonomisi nedeniyle). Enerji fiyatları rüzgâr hızlar ve kurumsal faktörlere bağlıdır ve iki bileşene sahiptir:

  • Amortisman ve faiz dahil sermaye masrafları,

  • İşletme masrafları.

Rüzgâr enerjisi üretim fiyatları hesabı tüm güç endüstrisinde makûl ölçüde standartlaştırılmış usûllere uyar. Gerçek, yani enflasyondan arındırılmış faiz oranları (test iskonto oranları) kullanılır. AB dahilinde ulusal faiz oranları ve geri ödeme süreleri çok değişim gösterir, ancak düzeyler belirlendiğinde referans enerji fiyatları elde edilebilir.

Uygulanan enerji fiyatlarında belirgin değişimin büyük kısmı kurumsal faktörlerden doğar. Örneğin Danimarka'da rüzgâr testleri şebeke takviye maliyetleri her zaman geliştiriciye fatura edilmemektedir.

2. RÜZGÂR ENERJİSİNİN FİYATI

Fiyat eğilimleri:

Rüzgâr enerjisi tesisinin maliyeti son 15 yılda büyük ölçüde düşmüş olup, bu eğilim devam etmektedir. Enerji fiyatları, türbin maliyetlerinde azalma, yüksek verim ve emre amadelik nedeniyle daha da hızlı düşmüştür. Rüzgâr türbini fiyatları 1981 – 1991 arasına en az 1/3'e, enerji fiyatları son 9-10 yılda yarıya indi.

Mevcut enerji fiyatları:

Yaklaşık 45 m. çapında bir modern türbin fiyatları 700 ECU/kW civarındadır. Yıllar geçtikçe en ekonomik boyun değiştiği ve hâlâ yükseldiği not edilmelidir. Makineler büyüdükçe belirli kapasite için gereken makine sayısı azalmaktadır. Bu yer, işletme ve bakım maliyetlerinde tasarruf yaratmaktadır. Toplamda, tesisin dengesi rüzgâr çiftliği maliyetlerinde makine büyüklüğü, sayısı ve yere göre %15 ilâ %40 arasında paya sahiptir. Genellikle şebekeden uzak olan tepe zirvelerindeki veya derin kazık çakılmasını gerektiren sahildeki en rüzgârlı yerlerde maliyetler ortalamadan yüksek olma eğilimindedir. İşletme maliyetlerinde ülkeler ve rüzgâr çiftliği yerlerine göre değişir ve 200 kW makineler için yaklaşık 25 ECU/kW/yıl ilâ 500 kW makineler için yaklaşık 15 ECU/kW/yıl düzeyindedir.

Orta boy bir rüzgâr çiftliğinin 850 ECU/kW maliyetine tekabül eden mevcut enerji fiyatları 5 m/s'de 9,6 cECU/kWh düzeyindeyken, 10 m/s'de 3,4 cECU/kWh düzeyine iner (tüm rüzgar hızları göbek yüksekliğindedir). Bu değerler 20 yılda test iskonto oranı ve amortisman varsayımı iledir.

AB halinde ulusal kurumsal çerçeveler iskonto oranları ve amortisman sürelerini etkilemekte ve değiştirmektedir. AB dahilinde yerel rüzgâr hızları çok değişim gösterir.

En iyi kaynaklar İrlanda, İspanya ve Kanarya Adalarının dağlık bölgelerindedir ve buralarda (göbek yüksekliğinde) rüzgâr hızları 8-10 m/s civarında olabilmektedir. Batı Danimarka'da azami 8 m/s, kuzey Almanya'nın sahil bölgelerinde 7,5 m/s kadardır. Başka yerlerde rüzgâr hızları içeri doğru azalarak daha düşüktür.

Deniz rüzgârı - diğer yenilebilir enerji kaynaklarının çoğundan ucuz fiyata - önemli miktarda enerji bırakabilecek potansiyeldedir. British Isles, İtalya ve Yunanistan'ın dağlık bölgeleri de yüksek hızlar sağlasa bile denizde rüzgâr hızları genellikle daha yüksektir.

3. RAKİP YAKITLARIN ENERJİ FİYATLARI

Termik santrallerin elektrik üretim fiyatları AB dahilinde büyük değişim gösterir. Nükleer ve kömür sektörlerine devlet desteği gerçek üretim fiyatlarının görünenden daha yüksek olduğu anlamına gelebilir. Rüzgâr enerjisi termik santral elektrik fiyatları arasındaki karşılaştırmalar çoğu durumda yenilenebilir teknolojilerin merkezi üretime göre tüketici talebine daha yakın enerji sağladığını göz ardı etmektedir.

Ayrıca termik santrallerin elektrik fiyatları elektrik üretim "dışsal" maliyetlerini (sağlık ve çevreye verilen zarar maliyetlerini) içermez.

4. GELECEKTEKİ FİYAT EĞİLİMLERİ

Rüzgâr enerjisi sistemlerinin maliyetinde istikrarlı düşüş yaratan birkaç faktör mevcuttur:

  • büyük rüzgâr türbinlerine yönelik eğilim,

  • düşen altyapı maliyetleri,

  • hammadde maliyetinde muhtemel azalma.

Avrupa Yenilebilir Enerji Etüdü (TERES II) (DG XVII) verileri rüzgârın fiyatları termik kaynakların fiyat aralığında olmak üzere en ucuz yenilebilir enerji kaynaklarından biri olabileceğini belirtmektedir. Ancak termik kaynakların enerji fiyatları belirsizlik içerir.

5. SONUÇLAR

Tesis maliyetleri ve rüzgâr enerjisi fiyatları istikrarlı bir düşüş içinde olmuştur ve bu eğilim devam etmektedir. AB halinde rüzgâr hızları, faiz oranları ve geri ödeme süreleri ve tesis maliyetleri çok değişim gösterdiği için, rüzgâr enerjisinin fiyatına tek bir değer biçilemez, ancak en iyi yerlerde mevcut rüzgâr enerjisi fiyatları termik kaynakların fiyat aralığındadır.

  • Rüzgâr enerjisi fiyatı ile termik santral elektrik fiyatları arasındaki karşılaştırmaların termik santrallerin "dışsal" maliyetlerini dikkate almalıdır. Almanya'daki kömür desteği gibi bu dışsal maliyetler reddedilemez. Diğer dışsal maliyetlerin ölçülmeleri zor olsa da gerçektirler.

  • Rüzgâr enerjisi düşük voltajlı dağıtım şebekelerine enjekte edilerek elektrik şirketlerinin iletim ve diğer giderlerde tasarruf sağladığı için de ayrıca itibar görmelidir.

  • Deniz rüzgâr enerjisi fiyatları şimdi süratle aşağı inmekte olup, yeni tesisler hizmete alındıkça muhtemelen bu şekilde devam edecektir.

Gelecekte fiyat azalması için önemli bir imkân olacaktır.

Rüzgâr Enerjisinin Sektör ve İstihdamı

Yönetim Özeti

1. Giriş

Rüzgâr enerjisi sektörü son 15 yılda kapasite ve olgunluk açısından çok hızlı büyümüştür. Temiz elektrik üretilmesi için yeni bir araç, yeni iş sahaları ve yeni tesisler yaratmıştır.

2. İş Sahaları

Mevcut Avrupa piyasası şartlarında her 1 MW rüzgâr gücünün tesis 15 ilâ 19 kişiye iş sahası yaratmaktadır. Dünyanın emek yoğun kısımlarında bu iki katına çıkabilir. Ayrıca işletme, servis ve bakım dahil başka iş sahaları da yaratabilir. Bu gelişmenin zamanlaması aşağıdaki tabloda açıklanmaktadır.

Yıl

EWEA Hedefleri

Yılda Yaratılacak Olan İş Sahası

1996

3.500

 

2000

8.000

72.000

2010

40.000

512.000

2020

100.000

960.000

3. Sektörün anatomisi

Her yeni faaliyet alanında yaygın olduğu gibi rüzgâr enerjisi sektörü çok sayıda küçük katılımcı ile başladı. Teknolojinin gelişmesi ile piyasa el ele gitmiştir. Son 5 yılda rasyonalizyon ve katılımcı sayısı azalması ile katılımcıları destekleyici sermaye tabanının güçlenmesi gerçekleşmiştir. Ayrıca rüzgâr çiftlikleri imâli ile geliştirilmesinde dikey entegrasyon eğilimi olmuştur. Rüzgâr enerjisi büyüyen bir alandır ve finans sektörünce büyüyen bir alan sayılmaktadır. Ana katılımcılar elektrik şirketleri ile birlikte kurulur olmakta, klasik güç sektörünün üyeleri arasında rüzgâra ilgi artmaktadır.

Yerel imalât üslerinden uzak piyasalar oluştukça yerel tesisler için teknoloji transferi başarı ile gerçekleştirilmektedir. Bu yaklaşımın gelecekte yaygın olarak kullanılması beklenmektedir.

Deniz rüzgâr enerjisi, rüzgâr enerjisi sektöründe tamamen yeni bir teknoloji dalının geliştirilmesine fırsat sağlıyor ve çevreye karşı ihmâl edilebilecek etki ile büyük bir yeni pazar sağlayacaktır.

4. Sonuçlar

Rüzgâr enerjisi sektörü hızla gelişmekte, hem teknolojik hem de ticari açıdan öncü aşamadan çıkmaktadır. Teknoloji olgunlaştıkça, maliyet azalıyor, pazar genişliyor. Sektör heyecan verici ve hareketli bir varlık olarak kabûl edilmektedir ve kendilerini yenilenebilir enerji ile pek özdeşleştirmeyen büyük oyuncular şimdi sektöre girmeye çok heveslidir. Bu hareket uygun karşılanacak olup, ticari açıdan rüzgârın kömür, petrol, gaz yanında alternatiflerden biri, enerji sektörünün bir parçası olduğuna dair açık bir işarettir. Uygun Pazar şartlarında rüzgâr enerjisi heyecan verici temiz bir sektörde yüz binlerce iş sahası yaratacaktır.

Rüzgâr Enerjisi ve Çevre

Yönetim Özeti

"Kömür, petrol ve gaz ilelebet enerji dünyasının üç kralı olmayacak.

Güneşe, rüzgâra, denizin dalgalarına yönelmek artık aptallık değil"

1. Rüzgar enerjisinin yararları

Rüzgâr enerjisi çok sayıda önemli çevresel yarara sahiptir. Temiz, yenilebilir, sürdürülebilir elektrik üretilmesi için yeni bir araçtır.

Ayrıca üretilen elektrik birimi başına klasik üretimin CO² düzeyinin %1'inden az emisyona yol açarak küresel ısınmayı azaltıcı en düşük maliyetli yenilebilir seçeneklerinden biridir.

Günümüzde santral işlemler sadece AB'de yılda 6.300.000 ton CO², 21.000 ton SO² ve 17.500 ton NOX emisyonuna yol açmaktadır.

Gelecekteki kapasite 2005 yılında AB dışında yılda 28.000.000 ton CO², 94.000 ton SO² ve 78.000 ton NOX emisyonuna yol açacaktır. Rüzgâr gücü AB enerji sektörü CO² emisyonlarını 2040 yılında %11' den fazla azaltacak potansiyele sahiptir.

Politik gündemde üst sıralara çıkma sorunları ile ilgili diğer avantajlar da vardır. Elektrik üretiminin diğer biçimlerinden farklı olarak, rüzgâr çiftlikleri tehlikeli artık ürünler yaratmamaktadır.

Yakıt arzının devamlılığı stratejik ve ekonomik bir konudur, rüzgâr enerjisi akıllı, güvenli ve temini serbesttir. Fosil yakıt rezervlerinin uzun vadede korunması daha verimli kullanılabilmeleri anlamına gelir. Rüzgâr değerli fosil yakıtları nakliye ve petrokimya gibi sektörlerde kritik kullanımlar için korumaktadır.

2. Rüzgar enerjisinin etkileri

Her tür elektrik üretiminin çevreye etkisi vardır, rüzgârın yol açtığı etkiler asgaridir.

Tipik bir rüzgâr çiftliği yerinde kara alanının yaklaşık %99'u tarım veya başka amaçla kullanılabilir. 10 x 10 km. dizisi halindeki 1.000 modern rüzgâr türbini Danimarka gibi bir ülkenin elektriğinin %10'unu sağlayabilir.

Rüzgar çiftlikleri yakınında yaşayan veya rüzgâr çiftliklerini ziyaret eden kişiler arasındaki bağımsız anket çoğunun rüzgâr çiftliklerini sevdiklerini göstermektedir.

Rüzgâr türbini ve rüzgâr çiftliği tasarımcılar ses, görüntü, gölge titremesi ve elektromanyetik etki gibi etkileri dikkatle asgariye indirmektedir.

Santral üretiminde enerji kullanılmaktadır. 3 ilâ 4 ay içinde ortalama bir yerdeki modern bir rüzgâr türbini onu imâl etmekte kullanılan kadar enerji üretir.

Nükleer veya fosil yakıtlı santrallerin kapatılma maliyeti ve lojistiği muazzam ve komplike olabilir. Rüzgâr çiftlikleri ise çok kolayca hizmetten alınıp, yerleri tamamen eski haline döndürülebilir.

Rüzgâr türbinlerinin geri kazanılabilir içeriği artmakta olup, hurda makinelerde bunlarda kullanılanlardan daha fazla enerji geri kazanılabilmektedir.

3. Planlama

Rüzgâr çiftlikleri kurulması AB çapında sıkı planlama şartları ile sıkı kontrol altındadır. Sadece sorumlu gelişme uzun vadeli başarı sağlayabileceği için sektörde en iyi uygulama yaygın olarak benimsenmektedir.

4. Sonuç

Rüzgâr enerjisi elektrik üretiminin çevreye etkilerini gelecek nesillere aktarmaktadır.

Rüzgâr Enerjisinin Pazarı ve Gelişimi

Yönetim Özeti

1. Kısa tarihsel inceleme

Avrupa'da rüzgâr enerjisinin geliştirilmesi 1970'li yıllarda başladı. Hem ulusal hem de AB programlarınca desteklenmiştir. Yavaş bir başlangıç sonrası AB pazarı şimdi dünyanın en büyüğü olup, hızla genişlemektedir. 1997 sonu itibariyle kurulu kapasite yaklaşık 4.700 MW (1990 yılında sadece 473 MW) oldu.

2. Mevcut durum

Son 5 yılda çeşitli ülkelerde kurulu kapasite artışı yılda %15 – 75 arasında olmuştur. Almanya 1995 yılında 500 MW'dan fazla kapasite kurmuş olup Avrupa'da toplam yeni kapasite 1997 yılında 1265 MW olarak tahmin edilmektedir. Avrupalı imalâtçılar dünya lideridir ve 1997 yılında dünya pazarının %80'ini üretmişlerdir.

3. Rüzgâr enerjisi hedefleri

EWEA ve Altener programı eylem planının önceki hedefleri aşılmıştır. EWEA'nın orijinal hedefi 2000 yılında 4.000 MW, Altener programının 2005 yılında 8.000 MW kadardı.

EWEA'nın orijinal hedefleri 2000 yılında 8.000 MW, 2010 yılında 40.000 MW, 2020 yılında 100.000 MW 'dır. 2010 yılında 40.000 MW rakamı komisyon'un "Yenilebilir Enerji Kaynakları" broşürünce (COM 97/599 nihâi) desteklenmiştir. Bu belge bu hedeflerin gerçekleştirilebileceğini gösteren delildir.

4. Pazar tahminleri

Tahminler yıllık kapasite tesisinin günümüzdeki yılda 1.000 MW'tan yeni asırda yılda 1.400 MW'a çıkacağına işaret etmekte. 2001 sonu itibariyle Avrupa'da kurulu kapasite yaklaşık 9.700 MW olacak, 2001 sonrası büyüme büyük ölçüde hızlanacak ve 2001 – 2005 yılları arası 7.350 MW daha kurulacak, 2005 itibariyle kurulu kapasite yaklaşık 17.000 MW olacaktır.

5. Avrupa'da rüzgâr enerjisi pazar teşvikleri incelemesi

Rüzgâr enerjisinin gelişmesini desteklemenin çeşitli yolları vardır. En yaygınları: Ulusal ARGE programlarına kamu finansmanı, rüzgâr türbinlerinin kurulmasına doğrudan yatırım sübvansiyonları, İngiliz NFFO gibi rekabetçi ihâle süreçleri ve kamu şebekesine verilen elektriğin fiyatına sabit prim ilâvesi. Sabit primli fiyatlandırma modelinin AB dahilinde dinamik pazar gelişmesi, sağlıklı sektörler ve istihdam yaratılmasında en iyi yol olduğu gösterilmiştir.

Bu hedeflere ulaşmak üzere aşağıdaki özellikler gereklidir:

  • Rüzgârdan üretilen elektriğe, kirletici emisyonu olmadan elektrik üretmenin çevresel yaralarını yansıtan âdil fiyat ödenmesi,

  • İyi organize edilmiş kurumsal çerçeve

  • Rüzgâr enerjisini tercih eden planlama mevzuatı.

Avrupa'da bu gelişmenin desteklenmesi güçlü Avrupa Rüzgâr Enerjisi sektörünü daha da büyütecektir. Sektör bu takdirde hızla büyüyen dünya pazarına ihracattan yaralanabilir.

Kategori: