Genel
Rüzgar türbinlerinde çevresel etkilerin değerlendirilmesi
Rüzgâr enerjisi; yenilenebilir, temiz ve doğal bir enerji kaynağıdır. Rüzgâr enerjisinden faydalanılarak elektrik enerjisi üretmek amacıyla günümüzde yatay eksenli rüzgâr türbinleri kullanılmaktadır.
Özet
Rüzgâr enerjisi; yenilenebilir, temiz ve doğal bir enerji kaynağıdır. Rüzgâr enerjisinden faydalanılarak elektrik enerjisi üretmek amacıyla günümüzde yatay eksenli rüzgâr türbinleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada, rüzgâr türbinlerinin sebep olduğu çevresel etkiler (gürültü etkisi, hava kirliliği etkisi, arazi kullanım oranı, habitata etkisi, elektromanyetik etki, görüntü ve estetik etki vb.) incelenmiştir.
Anahtar kelimeler: Rüzgâr enerjisi, rüzgâr türbini, çevresel etki
1. Giriş
Rüzgâr enerjisi; sürekli, kararlı ve güvenilir bir enerji kaynağıdır. Rüzgârdan elde edilecek enerji, rüzgâr hızına, kanat çapına ve esme süresine bağlı olarak değişmektedir [1]. Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretmek amacıyla günümüzde yatay eksenli rüzgâr türbinleri kullanılmaktadır. Bu tip türbinler, kanatların kinetik enerjisini mekanik enerjiye çevirip dişli kutusu üzerinden jeneratöre ileten ve jeneratörde de elektrik enerjisi üretimini sağlayan sistemlerdir.
Yatay eksenli rüzgâr türbinleri; temel olarak kanatlar, kule, gövde, düşük hızlı şaft, eğim (yaw) ve kanat döndürme (pitch) mekanizmaları, dişli kutusu, yüksek hızlı şaft, jeneratör ve kontrol ünitesi gibi elemanlardan oluşmaktadır [2]. Yatay eksenli bir rüzgâr türbininin genel yapısı Şekil 1’de verilmiştir.
Rüzgar türbinleri, çevreye herhangi bir emisyon yaymayan ve sera etkisine sebep olmayan enerji üretim kaynaklarıdır. Bu sebeple, dünyada rüzgâr enerjisinin kullanımı her yıl giderek artmaktadır. Dünya rüzgâr türbini kurulu gücü Ekim 2016 itibariyle 456 GW olup yıllık ortalama büyüme oranı yaklaşık %15 seviyelerindedir. Rüzgâr türbinlerinin çevreci santraller olması, çevreye hiçbir olumsuz etkisinin olmadığı anlamına gelmemektedir.
Rüzgâr türbinlerinde oluşabilecek en önemli çevresel sorun gürültü olarak değerlendirilmektedir. Bu sebeple, rüzgâr enerjisi santralleri yerleşim yerinin olmadığı ya da yükselti farklılıklarından dolayı gürültünün çok az hissedildiği yerlere inşa edilmektedir. Ayrıca, rüzgâr türbinlerindeki teknolojik gelişmeyle beraber gürültü seviyeleri de giderek düşmektedir. Rüzgâr, her zaman yeterli hızda esmemektedir. Bu durumda da rüzgardan elektrik enerjisi üretimi ya kesikli olmakta ya da hiç gerçekleşmemektedir. Yüksek hızla dönen rüzgâr türbini kanatları, kuş ölümlerine neden olabilmektedir. Ancak yürütülen çalışmalarda, bu kuş ölümlerinin ciddi boyutlarda olmadığı ortaya konulmuştur [2, 4] Bu çalışmada, rüzgâr türbinlerinin çevresel etkileri (gürültü, habitata etkisi, görüntü ve estetik etkisi, elektromanyetik alan etkisi vb.) incelenerek değerlendirmelerde bulunulmuştur.
2. Rüzgâr Türbinlerinin Çevresel Etkileri
Rüzgâr enerjisi; yenilenebilir, yerli ve dışa bağımlı olmayan bir enerji kaynağıdır. Rüzgâr enerjisi, yenilenebilir bir kaynak olduğundan dünya var oldukça rüzgârdan enerji üretimi devam edecektir. Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretimini gerçekleştiren rüzgâr türbinleri, enerji üretimi açısından en çevreci santrallerden biridir. Bu santraller, ekolojik yapıyı korur ve doğal dengeyi bozmaz. Ayrıca rüzgâr türbinleri, küresel ısınmaya ve asit yağmurlarına yol açmayan, CO2, CO, NOx emisyonları çıkarmayan, insan sağlığına ve bitki örtüsüne olumsuz etkileri olmayan temiz bir enerji üretim kaynağıdır. Rüzgâr türbinlerinin diğer çevresel etkileri; arazi kullanım oranı, gürültü etkisi, habitata etkisi, elektromanyetik alan etkisi, görüntü ve estetik etki şeklinde sıralanabilir. Rüzgâr türbinlerinin tüm çevresel etkileri aşağıda detaylıca izah edilmiştir [5-6].
2.1. Arazi Kullanımı
Rüzgâr enerji santralleri çok geniş yer kaplıyor gibi görünmesine rağmen santralde türbinlerin kapladığı alan, toplam alanın yaklaşık %1-1.2’si düzeyindedir. Bu nedenle, rüzgâr enerji santrallerinde geriye kalan alan (%98-99), tarım ve hayvancılık için kullanılabilmektedir. Tek türbin açısından değerlendirildiğinde ihtiyaç duyulan alan 700-1000 m2/MW düzeyindedir. Rüzgar enerji santrallerinin birim kurulu güç başına toplam alan ihtiyacı 0.1-0.2 km2/MW seviyesindedir [7]. Kurulu güç ve enerji üretimi açısından bir rüzgâr enerji santrali ve hidrolik enerji santralinin arazi kullanım oranları Tablo 1’de karşılaştırılmıştır.
Aynı kurulu güce sahip santraller arasında rüzgâr enerji santralleri hidrolik enerji santrallerine göre daha az yer kaplamaktadır. Bu durum, rüzgâr enerji santrallerinin çok yer kapladığı görüşünün de doğru olmadığını göstermektedir.
2.2. Gürültü Etkisi
Gürültü, rüzgâr enerjisi mühendisliğinin en önemli konularından biridir. Gürültü, istenmeyen ses olarak tanımlanmaktadır. Rüzgâr türbinlerinde gürültü iki farklı sebeple oluşmaktadır. Bunlardan ilki dişli sistemi, jeneratör, soğutma fanları gibi sistemlerden kaynaklanan mekanik gürültü; ikincisi ise rüzgâr ve kanat etkileşimi sebebiyle ortaya çıkan aerodinamik gürültüdür. Günümüzdeki teknolojik gelişmeler neticesinde, mekanik gürültü büyük ölçüde önlenmiştir. Bu nedenle, ağırlıklı olarak aerodinamik gürültü üzerine iyileştirme çalışmaları yürütülmektedir [8].
600 kW ve 2 MW güç kapasiteli rüzgar türbininden belli uzaklıkta hissedilen gürültü seviyeleri desibel (dB) cinsinden Şekil 2’de verilmiştir. 600 kW güç kapasiteli rüzgar türbininden 200 m uzaklıkta duyulan gürültü seviyesi 46.5 dB iken; 2 MW güç kapasiteli rüzgar türbininden aynı uzaklıkta duyulan gürültü seviyesi 47 dB olarak belirlenmiştir. Rüzgâr türbinlerinin güç kapasiteleri birbirinden çok farklı olmasına rağmen; rüzgâr türbini teknolojisindeki gelişmeler neticesinde gürültü seviyeleri arasındaki farkın ciddi oranda azaldığı tespit edilmiştir.
Çeşitli kaynakların çıkardığı gürültü seviyeleri (dB) Şekil 3’de verilmiştir. Rüzgâr türbinlerinin çıkardığı gürültü 50 dB seviyesindedir ve diğer çoğu kaynaktan (uçaklar, havalı matkap vb.) çıkan gürültüye göre daha azdır. Bu durum, rüzgâr türbinlerinde oluşan gürültünün insanları rahatsız edecek bir düzeyde olmadığını göstermektedir.
Rüzgâr türbini teknolojisindeki gelişmeyle birlikte, rüzgâr türbinlerinde oluşan gürültü seviyesinin ilerleyen yıllarda daha da düşeceği kaçınılmaz olarak görülmektedir.
2.3. Hava Kirliliğine Etkisi
Günümüzde elektrik enerjisi üretiminde en sık kullanılan enerji kaynakları; kömür, doğal gaz ve petroldür. Bunlar, aynı zamanda en fazla zararlı gaz (CO2, SO2, NOx) yayan enerji kaynaklarıdır. Enerji kaynaklarından elektrik enerji üretimi sırasında ortaya çıkan CO2, SO2, NOx emisyonları Tablo 2’de verilmiştir. Elektrik enerjisi üretiminde karbondioksit (CO2) emisyonu en yüksek olan enerji kaynakları sırasıyla kömür, petrol ve doğal gaz; azotoksit (NOx) emisyonu en yüksek olan enerji kaynakları ise sırasıyla; kömür, doğal gaz ve petrol şeklinde sıralanmaktadır. Yenilenemez enerji kaynaklarının aksine rüzgâr enerjisi CO2, SO2 ve NOx emisyonu yaymayan ve sera etkisi yaratmayan çevreci bir enerji kaynağıdır. Bu sebeple de son yıllarda rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretimi hızla artmaktadır.
Rüzgâr türbininden 1 kWh’lik elektrik enerjisi üretimiyle salınımı en fazla önlenen emisyonlar sırasıyla; kükürtdioksit (7.1 gr), azotoksit (2.8 gr), karbonmonoksit (0.9 gr), karbondioksit (0.7 gr) ve partikül madde (0.18 gr) şeklindedir (Tablo 3). Dünya genelinde 2025 yılına kadar elektrik enerjisi ihtiyacının sadece %10’unun rüzgâr enerjisinden sağlanması durumunda atmosfere salınan CO2 emisyonunun yılda 1.41 Gton azalacağı öngörülmektedir. Bu sebeple, enerji santralleri kurulurken çevresel etkilerin de değerlendirilerek yatırımların yapılması son derece önem arz etmektedir.
2.4. Habitata Etkisi
Habitat, bir canlının yaşadığı veya geliştiği bölge olarak tanımlanmaktadır. Rüzgâr türbinlerinden etkilenen en önemli canlı grubu kuşlardır. Rüzgâr türbinleri çalışma esnasında kuş ölümlerine neden olabilmektedir. Kuş ölümleri, genellikle kuşların toplu göçü sırasında karşılaşılan bir durumdur. Danimarka’da yapılan bir araştırmada, rüzgâr türbinleri sebebiyle yıllık ortalama 20,000 civarında kuş ölümünün gerçekleştiği belirlenmiştir. Ayrıca bu araştırmada, avlanma sebebiyle 1,500,000, enerji hatlarına çarparak yaklaşık 1,000,000 ve trafikte ise yaklaşık 2,000,000 kuşun her yıl öldüğü tespit edilmiştir (Şekil 4). Avlanma, enerji hatları ve trafik sebebiyle gerçekleşen kuş ölümleri; rüzgâr türbinlerinde gerçekleşen kuş ölümleriyle karşılaştırıldığında rüzgâr türbinlerine çarparak gerçekleşen kuş ölümlerinin diğerlerine göre oldukça düşük seviyede olduğu belirlenmiştir.
Yerleşik kuşların rüzgâr türbinlerine kolayca alışarak yuva yaptığı bilinmektedir. Birçok göçmen kuş sürüsü 150 m’den daha yüksekte uçmakta olup türbin kanatları bu kuş sürüleri için herhangi bir tehlike oluşturmamaktadır. Kuş göçleri genellikle 300-1000 m arası yükseklikte yoğun olmakla birlikte daha yükseklerde göç eden kuşlar da vardır.
Ama yine de rüzgâr enerji santrallerinin kurulduğu bölgelerin göç yolları üzerinde olmaması en iyi çözüm yolu olarak görülmektedir [11].
2.5. Elektromanyetik Alan Etkisi
Rüzgâr türbinleri, elektromanyetik alan oluşturarak kurulduğu bölgedeki havacılık ve denizcilik haberleşmelerini, radyo ve televizyon yayınlarını olumsuz etkileyebilmektedir. Bu etki, rüzgâr türbinlerindeki gövde ve kanatların bir ayna görevi görmesinden kaynaklanmaktadır. Alıcıdan gelen sinyaller yansıtılmakta ve bu sinyaller alıcıya giden sinyalleri doğrudan etkilemektedir [11].
Rüzgâr türbinlerinde elektromanyetik alan açısından en kötü koşullar yüksek frekanslarda oluşmaktadır. Rüzgâr türbinlerindeki bu elektromanyetik etki; türbinlerin mikrodalga rotaları üzerinde bulunmamasıyla, kablo bağlantılarıyla veya yerel yükselticilerin kullanılmasıyla aşılabilmektedir. Rüzgâr türbinlerinin elektromanyetik etkisi, kanat malzemesi ve kanat büyüklüğüyle doğrudan ilişkilidir. Ayrıca rüzgâr türbinlerinde metal malzeme kullanıldığında elektromanyetik etki ve gürültü oranı daha yüksek olmaktadır. Bu problem, rüzgâr türbini kanatlarının fiberglas, cam-elyaf veya karbon-elyaf malzemeden üretilmesiyle aşılabilmektedir [11].
2.6. Görüntü ve Estetik Etki
Rüzgâr enerji santrallerinde yer alan rüzgâr türbinlerinin görsel ve onları çevreleyen manzara üzerine etkileri bulunmaktadır. Görsel etkilerden en önemlileri; rüzgâr türbinlerindeki gölge titreşimi ve parıltı etkisidir. Güneşin doğuşu ve batışı sırasında rüzgâr türbinlerinin dönmekte olan kanatları gölge oynamasına ve gölge titreşimine sebep olabilir.
Benzer şekilde cilalı kanatlara gelen güneş ışığı da etrafa yansıyarak parıltı etkisine neden olabilir. Bu tür sorunlar, türbinin ve kanatların gün içerisinde her türlü renk koşullarına uyan açık mat gri renkle boyanmasıyla giderilebilir. Bir diğer görüntü kirliliğine engel olmak içinse kafes tipi kulelerin yerine boru tipi kuleler tercih edilmelidir. Günümüzdeki modern rüzgâr türbinlerinde de daha çok boru tipi kuleler tercih edilmektedir [11].
3. Sonuçlar ve Öneriler
Rüzgâr enerjisi; doğal, temiz ve tükenmez bir enerji kaynağıdır. Bunun yanı sıra çevre kirliliği oluşturmaması sebebiyle en hızlı gelişen enerji kaynaklarından biri olarak görülmektedir. Rüzgâr türbini çevresel etkilerinin (arazi kullanım oranı, gürültü etkisi, habitata etkisi, elektromanyetik alan etkisi, görüntü ve estetik etki) incelendiği bu çalışmada elde edilen sonuçlar aşağıda verilmiştir:
• Rüzgâr enerji santrali kurulacak alanda türbinlerin kapladığı alan arazinin yaklaşık %1-2’sine karşılık gelmekte olup geriye kalan alan tarım ve hayvancılık için kullanılabilmektedir.
• Rüzgâr enerji santrali kurulacak alanda ön değerlendirme yapılırken; arazinin kuş göç yollarında, sit alanlarında ve milli parklarda olmamasına dikkat edilmelidir.
• Gürültü etkisi açısından rüzgâr türbinlerinin yerleşim yerlerinden en az 200 m uzakta kurulması önerilmektedir.
• Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretimi sırasında herhangi bir zararlı gaz (CO2, SO2, NOx) salınımı olmamaktadır. Buna karşın kömür, doğal gaz veya linyitle çalışan termik santraller önemli bir çevre sorunu oluşturmaktadır. Bu sebeple, enerji santrallerinin enerji üretim maliyetleri değerlendirilirken; santrallerin oluşturacağı çevre kirliliği de göz önünde bulundurularak maliyet hesabı yapılmalıdır.
• Rüzgâr türbinleri kurulduğu alanda kanatların hareketi radyo, tv ve haberleşme sinyallerini olumsuz etkileyebilmektedir. Bunu önlemek amacıyla türbin kanatları fiberglas veya kompozit malzemeden üretilmelidir. Parıltı etkisi oluşturmaması içinse kanatların yüzeyinin açık mat gri renkte olması, görüntü etkisi açısından da boru tipi kulelerin tercih edilmesi önerilmektedir.
Kaynaklar
[1] Başaran, E., Rüzgar Enerjisine Genel Bir Bakış, Kıbrıs Tük Mühendis ve Mimarlar Odası Başkanlığı Yayını (KTMMOB), 2009.
[2] Şenel, M. C., Rüzgar Türbinlerinde Güç İletim Mekanizmalarının Tasarım Esasları-Dinamik Davranış, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, 2012.
[3]http://www.boschrexroth.ca/country_units/america/canada/en/50_industries/industries/windener gy/wind_components/index.jsp;jsessionid=cabq-cw4UPt4Z5pBBdzRt, 11.01.2015’de erişildi.
[4] Aydın, İ., Balıkesir’de Rüzgar Enerjisi, Eastern Geographical Review, cilt 18, sayı 29, s.29-50, 2013.
[5] Şenpınar, A., Gençoğlu, M. T., Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Çevresel Etkileri Açısından Karşılaştırılması, Doğu Anadolu Bölgeleri Araştırmaları, s.49-54, 2006.
[6] Yerebakan, M., Rüzgar Enerjisi, İstanbul Ticaret Odası, Yayın no: 2001-33, İstanbul, 2001.
[7] Karadeli, S., Rüzgar Enerjisi, Elektrik Enerjisi Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü, Ankara, s. 1-38, 2001.
[8] Doğanlı, M., Rüzgar Türbini Gürültüsü, Sağlık Etkileri ve Düzenleme Önerileri, Novosim Mühendislik, 2010.
[9] Durak, S. ve Özer, S., Rüzgar Enerjisi Teori ve Uygulama, İmpress Yayınevi, Ankara, 2008.
[10] Çağlar, M., Canbaz M., Türkiye’de Rüzgar Enerjisi Potansiyeli, IV. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, İstanbul, s. 347-357, 2002.
[11]Özkaya M. G., Variyenli H. İ., Uçar, S., Rüzgâr Enerjisinden Elektrik Enerjisi Üretimi ve Kayseri İli İçin Çevresel Etkilerinin Değerlendirilmesi, Cumhuriyet Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Fen Bilimleri Dergisi, cilt 29, sayı 1, s.1-20, 2008.
