Connect with us

Nedir

Rüzgar türbini nedir?

Yayın tarihi:

-

Rüzgarın hareketiyle ortaya çıkan kinetik enerjiye rüzgar enerjisi denir. Rüzgar enerjisi, mekanik ve sonunda da elektrik enerjisine çevrilerek kullanılmıştır ve günümüzde daha yaygın olarak kullanılmaya devam etmektedir. Temel parametreler, hareket eden havanın kütlesi ve hızıdır. Ağırlığı yüksek olan kütlenin hızı arttıkça enerji de artış gösterir

Rüzgar enerjisi, yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. Çevreye herhangi bir zararlı atık yaymaz, temiz bir enerjidir. Tarih boyunca mekanik olarak kullanımı mevcuttur. Pompalama, değirmencilik, odunculuk, gemicilik tarihteki kullanım alanları olarak görülürken, günümüzde elektrik enerjisinin üretimi için kullanılmaktadır. Fosil yakıtların ekolojik zararlarının ortaya çıkması ve küresel ısınmayı artıran birincil faktör olarak ön plana çıkmalarının ardından yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim artmış ve özellikle Avrupa Birliği’nde bu yönde yasal düzenlemelere gidilmiştir.

Tarihine kısaca bakarsak;

James Blyth 1887’de rüzgar enerjisini kullanan bir batarya şarj cihazı icat etmiş ve patentini 1891 yılında İngiltere’de almıştır.

Charles Francis Brush 1887-1888’de ABD’de rüzgar enerjisi ile elektrik üreterek 1900 yılına kadar karşılamıştır.

1890’da Danimarkalı bilim insanı Poul la Cour, elektrik üretimi için rüzgar türbinlerini inşa etmiştir. Bu türbinlerle daha sonar hidrojen üretimi de yapılmıştır.

Dünya Rüzgar Enerjisi Kurumu’nun istatistiklerine göre dünyada kurulu rüzgar enerjisi kapasitesi, 2020 yılında 650 GW’dır. Toplam rüzgar enerjisi kapasitesinin halen çok küçük bir kısmını kullanmaktayız.

Rüzgar türbini nedir?

Rüzgar türbini, bir rotor hareketi aracılığıyla hava akımından ortaya çıkan kinetik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren sistemdir. Türbinler, yatay, dikey ve eğik eksenli olmak üzere üçe ayrılır.

Yatay eksenli rüzgar türbini

Yatay eksenli rüzgar türbinlerinin dönüş ekseni rüzgarın geliş yönüne paraleldir. Kanatlarıysa diktir. Kanat sayıları azaldıkça hız ve elektrik üretimi de artar. Verimleri %45 civarında gerçekleşmektedir. Bu tip türbinler genellikle 20-30 m yüksekliğe yerleştirilirler.

Rüzgar hızının rotor kanadı hızına oranına kanat uç hız oranı (λ) denir.

λ= 1–5 Çok kanatlı rotor,

λ= 6–8 Üç kanatlı rotor,

λ= 9–15 İki kanatlı rotor,

λ>15 Tek kanatlı rotor kullanılır

Türbin rotoru özel tasarım kanatlarıyla kinetik enerjinin yaklaşık %60’ını tutar ve mekanik enerjiye dönüştürür. Bu da pervane şaftında dönüş hareketi oluşturur. Düşük hızda ve yüksek torkta dönen bu şaftın hızı, redüktör aracılığıyla artırılır ve torku düşürülür. Jeneratörde elektrik üretimi bu şekilde sağlanır. Yüksek kutuplu jeneratör seçildiğinde redüktör ihtiyacı ortadan kalkar. Üretilen elektrik de türbin şebekeye bağlı bir transformatör ile hatta aktarılır. Transformatör kulenin yakınında ya da içinde bulunur.

Rüzgar türbini elemanları nelerdir?

Yatay eksenli rüzgar türbinleri, çevre şartlarının rüzgarı engellemesinin önüne geçmek için bir gövde içerisine yerleştirilen döner şaft, jeneratör, dişli kutusu ve kontrol sistemleri, kanat ve bunların bağlı olduğu göbek ve rotordan meydana gelir. Rüzgar türbini genel olarak 4 parçadan meydana gelir:

  • Kule
  • Nasel (Gövde)
  • Rotor
  • Kanat

Kule nedir?

Kule, elektrik üretimine doğrudan etki eden sistem bileşenidir. Rüzgar hızı ve enerjisi ile yükseklik arasındaki ilişki doğrusaldır. Kule boyunun yüksekliğiyle birlikte enerji miktarı da artar. Yükseklik, maliyeti de artırır ve saha koşullarına göre değişir.

Atmosferin 100. metresinden sonra Ekman katmanı başlar. Bu katman rüzgarın en hızlı ve kararlı olduğu katmandır, türbulans düşüktür ve optimum Weibull faktörlerini barındırır. Bu nitelikleriyle, rüzgardan elektrik üretimi için en uygun katmandır.

Nasel nedir?

Nasel yatay eksenli rüzgar türbininin gövdsini meydana getirir.  Çeşitli sistem elemanlarının bulunduğu bu kısım sistemin beyni özelliğini taşır. Elektriğin üretildiği, regüle edildiği bu kısımda rüzgar türbininin tüm kontrolü de gerçekleştirilir. Nasel içerisindeki sistem elemanları şu şekildedir:

  1. Nasel
  2. Isı Değiştirici
  3. Generatör
  4. Kontrol Paneli
  5. Ana Çerçeve
  6. Ses İzolasyonu
  7. Hidrolik Fren
  8. Dişli Kutusu
  9. Ses İzolasyonu
  10. Yaw Sürücü
  11. Yaw Sürücü
  12. Pervane Şaftı
  13. Yağ Soğutucu
  14. Pitch Sürücü
  15. Pervane Hub
  16. Hub Burun

Rüzgar türbini redüktörü nedir?

Redüktör, pervane şaftının dönüş hızını elektriğin üretilmesi için optimum düzeye çeviren dişli çarklardan oluşmuş sistemdir. Redüktörle, pervane şaftının dönüş hızı dakikada 1000 ile 1500 rpm arasına yükseltilir.

Redüktör aracılığıyla düşük hızla, yüksek torkla dönen türbin pervane şaftının hızı yükseltilip torku düşürülür. Bu şekilde, elektrik üretiminin verimli bir şekilde gerçekleşmesi sağlanır.

Rüzgar türbinlerinde jeneratör nedir?

Rüzgar türbinlerinde elektrik üretimi sabit manyetik alan içerisinde hareketli iletken ilkesi kullanılarak gerçekleştirilir.  Temel olarak 3 tür elektrik motoru kullanılır. Bunlar;

  • Doğru akım motoru
  • Senkron jeneratör
  • Asenkron jeneratör

Yaw ve Pitch Kontrolü

Rüzgar yönü değişkenlik gösterir. Rüzgar türbinlerinde maksimum elektrik üretimi için kanatları ve tüm türbini döndüren mekanizmalar mevcuttur. Pitch kontrol ile rüzgar türbini kanatları eksenel dönme gerçekleştirir; rüzgarın geldiği yönü tayin eder ve tüm türbin, pitch mekanizmasıyla rüzgarın geldiği yöne döner.

Rüzgar türbini elektronik kontrol sistemi nedir?

Elektronik kontrol sistemi, rüzgar türbinlerinin beyni niteliğindedir; türbine ait birçok bilgiyi kayıt altına alır ve RES işletmecisine gönderir.  Türbinlerde, kontrol ve performansın takibi amacıyla mikro işlemciler kullanılır.

Takip edilen parametreler;

  • Sisteme giriş-çıkış rüzgar hızları
  • Jeneratör çıktısının şebekeye aktarımı
  • Rüzgar yönüne göre nasel hareketi
  • Kanat açısı
  • Türbinin acil durumlarda durdurulması

Rüzgar türbinlerinde fren sistemi nedir?

Rüzgar türbinlerinde fren sistemleri güvenlik açısından kritik önemdedirler. Jeneratörün aşırı ısınması, şebekeden kopma ve yüksek rüzgar şiddetleri gibi sorunları önlemek için kanat ucu ve mekanik fren sistemi bulunur.

Rotor ve kanatlar nedir?

Rotor, kanatlardan, gövdeye bağlı göbekten ve döner şafttan oluşur. Kanatlar rüzgarı yakalar ve gücü göbeğe iletir. Rotor bir göbek ile şafta bağlıdır. Kanatların dönmesiyle bir ucu göbeğe, diğer ucu da jeneratöre bağlı olan şaftı döner. Rotor dönüşü, rüzgar yönüne dik olarak kontrol edilir. Kanatta oluşan hava akışının bileşkesi ile rüzgar yönü ile rüzgar geçiş yönü arasında bir basınç farkı ortaya çıkar. Bu basınç farkı bileşke akıya dik gelen bir itme kuvveti doğurur. Bu itme de mekanik tork üreterek şaftı hareket ettirir.

Dikey eksenli rüzgar türbini nedir?

Bu türbin sistemlerinin dönüş ekseni rüzgar yönüne diktir. Rüzgarı her yönden alabilir ve buna göre dönüş hareketiyle elektrik üretir. Bu özelliğiyle diğer türbin sistemlerine göre bir üstünlüğü bulunur.

Düşey eksenli türbinler, daha az yüzölçümü kaplarlar, ancak daha az güç üretirler. Bu yüzden verim alınması için çok sayıda türbin birbirlerinin rüzgar sahalarını kapatmayacak şekilde bir araziye yerleştirilmelidir.

Dikey rüzgar türbinlerinin Savonius ve Darrieus tipi çeşitleri vardır.

Savonius tipi düşey eksenli rüzgar türbini nedir?

Savonius rüzgar türbini, 1925 yılında Sigurd J. Savonius tarafından geliştirilmiştir. İki yatay disk arasında kanat görevi yapan iki yarım silindir birbirlerine perçinlenmiştir. Belirli bir hızda gelen rüzgarla, silindirlerin çukur ve tümsek taraflarında pozitif ve negatif bir moment oluşur. Çukur tarafına rüzgar tarafından etkiyen itme kuvveti, tümsek kısmındakinden ne kadar fazla olursa türbin o kadar hızlı döner.

Darrieus tipi düşey eksenli rüzgar türbini nedir?

George J.M. Darrieus tarafından geliştirilen bu rüzgar türbini, kanatlarındaki düzgün aerodinamik yapı sayesinde yüksek bir performansa ulaşır. Kanatlar üzerindeki çekme gerilimi, hafif eğim sebebiyle çok düşüktür. Yüksek rüzgar hızlarında çalışabilir, fakat ilk hareket için tahrik motoru gerekir.

Devamını oku
Reklam
Yorum Yap

Leave a Reply

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Nedir

Rüzgar türbini elemanları nelerdir?

Yayın tarihi:

-

Rüzgar türbini elemanları, nasel, dişli kutusu, mekanik frenli yüksek hız mili, düşük hız mili, kule, göbek, pervane kanatları, hidrolik sistem, elektrik üreteci, elektronik kontrol ünitesi, soğutma birimi, anemometre, eğim mekanizmasıdır.

Nasel

Nasel, türbininin dişli kutusunu ve elektrik üreteci gibi temel parçalarını içerir. Servis personeli, makina yerine türbin kulesinden girebilir. Naselin solunda, türbin pervanesi, pervane kanatları ve göbek bulunur.

Dişli Kutusu

Dişli kutusunda, solda düşük hız mili bulunur. Sağdaki yüksek hız milinin, düşük hız milinden 50 kat hızlı dönmesini sağlar.

Mekanik Frenli Yüksek Hız Mili

Mekanik frenli yüksek hız mili, dakikada yaklaşık 1500 devir hız ile döner ve elektrik üretecini çalıştırır. Bir acil durum mekanik freni vardır. Mekanik fren, aerodinamik frenlerin çalışmaması durumunda veya türbin bakımdayken kullanılır.

Düşük Hız Mili

Rüzgar türbininin düşük hız mili, pervane göbeğini dişli kutusuna bağlar. Modern bir 600 kW Rüzgar türbininde dişli nispeten yavaş, dakikada 19 – 30 devir hızı ile döner. Bu mil aerodinamik frenlerin çalışması için hidrolik sisteme ait borular içerir.

Kule

Kule, naseli ve pervaneyi taşır. Kulenin yüksekliği avantajlıdır. Zeminden uzaklaşmak hızı artırır. Tipik, modern, ortalama bir türbinde 40 – 60 metrelik bir kule bulunur.

Kulelerin biçimi, dairesel ya da kafes biçiminde olabilir. Dairesel kulelerde türbinin tepesine ulaşmak için dairesel bir merdiven yer alabilir, bu da personelin kuleyi denetlemesini kolaylaştırır. Kafes kulelerse daha az maliyetlidir.

Göbek

Pervane göbeği, türbinin düşük hız miline bağlanmış durumdadır.

Pervane Kanatları

Pervane kanatları, yakaladığı rüzgarın gücünü pervane göbeğine aktarır. 600 kW kapasitedeki modern bir türbinde pervane kanatlarının her birinin uzunluğu 20 metre civarındadır. Aerodinamik olarak uçak kanadıyla benzer biçimde tasarlanır.

Hidrolik Sistem

Hidrolik sistem, türbinin aerodinamik frenlerini içerir.

Elektrik Üreteci

Elektrik üreteci, bir senkron üreteç veya asenkron üreteçten meydana gelir. Modern bir Rüzgar türbinininde azami elektrik gücü genelde 500 – 1500 kW arasındadır.

Elektronik Kontrol Ünitesi

Elektronik kontrol ünitesi, Rüzgar türbininin durumunu sürekli izleyen ve eğim mekanizmasını kontrol eden bir bilgisayar içerir. Bir arıza halinde (örneğin, dişli kutusu veya üretecin fazla ısınması) Rüzgar türbinini otomatik olarak durdurur ve telefon modem hattı vasıtasıyla türbin operatörünü bilgisayarına uyarı verir.

Soğutma Birimi

Soğutma ünitesi, üreteci soğutmak için kullanılan bir soğutma birimini içerir. Ayrıca dişli kutusundaki yağı soğutmak için kullanılan bir soğutma birimi de içerir.

Anemometre

Anemometre (Rüzgar ölçer) ve yelkovan, rüzgarın hızını ve yönünü ölçmede kullanılır.

Anemometreden gelen elektronik sinyalleri, Rüzgar türbininin elektronik kontrol ünitesi , rüzgarın hızı 5 km/s hıza ulaştığında kanatları çalıştırmak için kullanır. Bilgisayar, türbini ve çevresini korumak için Rüzgar hızı 25 m/s’yi aştığında türbini otomatik olarak durdurur. Yelkovan, sinyalleri Rüzgar türbininin elektronik kontrol ünitesi tarafından rüzgar türbinini Rüzgara karşı döndürmek üzere rüzgâra karşı döndürmek üzere kullanılır.

Eğim Mekanizması

Eğim mekanizması, pervane ile birlikte naseli rüzgara karşı döndürmek amacıyla elektrik motorlarından faydalanır. Eğim mekanizmasını, yelkovanı kullanarak rüzgarın yönünü tespit eden elektronik kontrol ünitesi çalıştırır. Rüzgar, yön değiştirdiğinde türbin bir defada birkaç derecelik bir eğilme gerçekleştirir.

 

Devamını oku

Nedir

Rüzgar türbini çeşitleri nelerdir

Yayın tarihi:

-

Rüzgar türbinleri, yatay eksenli rüzgar türbinleri ve dikey eksenli rüzgar türbinleri olmak üzere iki temel tipe ayrılır:

Yatay eksenli rüzgâr türbinleri (YERT)

Yatay eksenli rüzgâr türbinlerinde dönme ekseni rüzgâr yönüne paralel konumlanmıştır. Kanatları ile rüzgar yönü arasındaysa dik açı mevcuttur. Ticari türbinlerde tercih  genellikle yatay eksenli türbin tipindedir. Rotor, döner tabla üzerine, rüzgarı en iyi alacak biçimde yerleştirilmiştir.

Yatay eksenli türbinlerde tasarım çoğunlukla, rüzgârı önden alacak biçimde yapılır. Rüzgârı arkadan alan türbinlerin kullanımı yaygın değildir. Rüzgârı önden alan türbinlerin avantajı, kulenin meydana getirdiği rüzgâr gölgelenmesinin etkili olmamasıdır. Dezavantajıysa, türbinin yönünün sürekli rüzgara dönük olması için dümen sisteminin gerekmesidir.

Pervane tipi rüzgâr türbinleri, yatay eksenli türbinlere örnek olarak verilebilir. Bu türbinlerin kanatları tek ya da iki ve daha fazla parçadan da oluşabilir. En yaygın kullanılan tip, üç kanatlı olanlardır. Bu türbinler elektrik üretme amaçlı kullanılırlar. Geçmişteyse çok kanatlı türbinlerin kullanım alanları, tahıl öğütme, su pompalama ve ağaç kesme olmuştur

Düşey eksenli rüzgâr türbinleri (DERT)

Düşey eksenli rüzgar türbinlerde türbin mili düşeydir ve rüzgârın geliş yönüne diktir. Bu tip türbinlerin Savonius tipi, Darrieus tipi gibi alt tipleri vardır. Daha çok deney amaçlı üretilmiştir. Ticari kullanımları fazla yaygın değildir.

Bu türbinlerin avantajlarına göz atılacak olursa

  • Üreteç  ve dişli kutusu yere yerleştirildiği için, türbini kule üzerine yerleştirmek gerekmez, kule masrafı ortadan kalkar.
  • Türbinin rüzgâr yönüne çevrilmesine, dümen sistemine ihtiyaç yoktur.
  • Türbin mili dışındaki diğer parçaların bakım ve onarımı kolaydır.
  • Güç eldesi toprak düzeyinde gerçekleştiği için, nakledilmesi kolaydır.

Darrieus tipi rüzgâr türbininin patenti, Fransız havacılık mühendisi Georges Jean Marie Darrieus tarafından 1931’de alınmıştır.  Rüzgârın taşıdığı enerjiden elektrik üretmek için kullanılan bir “Dikey Eksenli Rüzgâr Türbini”dir (DERT).Türbin dikey bir mile montajı yapılmış  birkaç adet kıvrımlı aerofoil kanattan meydana gelir.

Savonius rüzgâr türbinleri, Dikey Eksenli Rüzgâr Türbinleri sınıfına girmektedir, rüzgâr enerjisini dönen bir mile momentum temelinde aktarmak için kullanılır. İki ya da üç adet aerofoil, kepçe biçimindeki kesitin birleşimi şeklindedir. Yaygın olarak iki kepçeli olanlar kullanılır; “S” şeklini andıran bir görüntüsü vardır.

Devamını oku

Nedir

Betz yasası nedir?

Yayın tarihi:

-

Betz yasası tasarımından bağımsız olarak rüzgardan elde edilebilecek en fazla gücü gösterir. Alman bilim insanı Albert Betz tarafından geliştirilmiştir.

Betz yasası, rüzgar akımından enerji çeken, ideal koşullarda çalıştığı varsayılan “çalıştırıcı disk” içinden akan hava akımının kütlesinin ve momentumunun korunumundan yola çıkmıştır.

Yasaya göre, hiçbir türbin, gücün % 59,3 oranından fazlasını yakalayamaz.

Bu nedenle, 16/27 (0,593) faktörü Betz katsayısı olarak bilinir. Pratikte, iyileştirilmiş rüzgar türbinleri Betz sınırının en yüksek oranı olan % 75-80’e ulaşır.

Betz limiti, açık diskli bir aktüatörü temel almaktadır. İlave rüzgar akışını toplamak ve onu türbin içinden yönlendirmek için bir difüzör kullanılırsa, daha fazla enerji çıkarılabilir, ancak sınır yine de tüm yapının enine kesiti için geçerlidir.

Tüm durumlar için geçerli

Betz yasası, Newtonyen davranan sıvılar, rüzgar dahil tüm durumlar için geçerlidir

Bir türbin içinden rüzgar hareketinden kaynaklanan tüm enerji faydalı enerji olarak çıkarılsaydı, rüzgar hızı bunun ardından sıfıra düşerdi.

Betz yasası, hava belirli bir alandan geçerken ve rüzgar hızı enerji kaybından türbinden çekime doğru yavaşladığında, hava akışının daha geniş bir alana dağılması gerektiğini göstermektedir.

Rüzgar, türbinin çıkışında hareket etmeyi durdurursa, daha fazla rüzgar, engeleneceği için içeri giremeyecektir. Rüzgarın türbin içinde hareket etmesini sağlamak için, diğer tarafta, küçük de olsa,  sıfırdan büyük bir rüzgar hızına sahip rüzgar hareketi olması gerekir.

Devamını oku
Reklam
Reklam
Reklam
Reklam
Reklam
Reklam

Trendler