Rüzgar Türbini Çeşitleri ile İlgili Merak Edilenler

Elektrik enerjisine duyulan ihtiyacın gelişen dünyamızın gerekliliklerine istinaden artması rüzgar türbini ve rüzgar türbini çeşitlerine duyulan merakı arttırdı. Rüzgar türbini nedir ve hangi çeşitleri vardır sorularına beraber yanıt bulacağız.

Rüzgar Türbini Nedir?

En yalın ve açık anlamıyla rüzgar türbini, rüzgardaki kinetik enerjiyi ilk etapta mekanik enerjiye, sonrasında da elektrik enerjisine dönüştürmeyi sağlayan bir sistemdir.

Genel olarak rüzgar türbini kule, jeneratör, hız dönüştürücüleri, elektrik-elektronik elemanlar ve pervanelerden oluşur. Rüzgardan elde edilen kinetik enerji, rötarda mekanik enerjiye; pervane milinin devir hareketinin hızlanması ile de mekanik enerji jeneratöre aktarılır. Böylece jeneratöre ulaştırılan enerji kullanılmaya veya depolanmaya hazır hale gelir.

Rüzgar Türbini Parçaları Nelerdir?

1. Makine Yeri (Nacelle): Rüzgar türbin kulesinin tepesinde konumlandırılır. İçerisinde kontrol ünitesi, fren, vites kutusu, jeneratör, düşük ve yüksek hızlı milleri bulundurur. Boyutu değişmekle beraber kimi makine bölümü helikopterin iniş yapabileceği genişlikte yapılır.
   
2. Pervane Kanatları (Robot Blades):Genellikle rüzgar türbinleri 2 veya 3 kanada sahiptir. Rüzgarın esmesiyle kanatların dönmesi sağlanır. Pervane kanatları bir uçak kanadı gibi tasarlanır ve genellikle 20 m uzunluğa sahiptir.
   
3. Rotor: Pervane kanatları ve göbek arasında kalan kısımdır.
   
4. Göbek (Hub): Rüzgar türbininin düşük hız miline bağlı olarak çalışır.
   
5. Düşük Hız Mili (Low Speed Shaft):Robota bağlı olarak çalışır ve dakikada 30-60 dönüş yapacak şekilde düşük hız oluşturur.
   
6. Dişli Kutusu (Gearbox): Kutunun solunda düşük hız mili, sağında ise yüksek hız mili bulunur. Dişli kutusu sayesinde yüksek hız mili düşük hız milinden 50 kat hızlı döner. Ağır ve pahalı bir ekipmandır.
   
7. Mekanik Frenli Yüksek Hız Mili (High Speed Shaft with its Mechanical Brake): Dakikada 1500 devire varan hızla dönerek elektrik üreticisinin çalışmasını sağlar. Acil durumlar için mekanik freni vardır.
   
8. Elektrik Üreteci: Genellikle senkron ya da asenkron üreteçtir. Standart rüzgar türbininde genellikle azami elektrik gücü 500-1500 kW’tır.
   
9. Kontrol Ünitesi: Sistemi durdurma veya harekete geçirme gücü kontrol ünitesindedir. Olası bir arıza durumunda türbin otomatik olarak durur ve türbin bilgisayarına uyarı verir.
   
10. Hidrolik Sistem (Hydrauclics System):Aerodinamik frenlerini içerir.
    
11. Soğutma Birimi (Cooling Unit): Üreteci ve dişli kutusundaki yağı soğutmak için kullanılan bir birimdir.
    
12. Kule (Tower): Genellikle tüp şeklinde çelik, kafes yapılı veya betonarme olarak tasarlanır. Kule makine yerini ve pervaneyi taşır. Yüksekte konumlandırılması rüzgar hızının artması konusunda avantaj sağlar. Genellikle rüzgar türbinlerinde 40-60 metrelik bir kule bulunur.
    
13. Eğim Mekanizması: Makine yerini rüzgara karşı döndürmek üzere pervaneyle iş birliği içinde çalışır ve elektrik motorlarından yararlanır. Elektrik kontrol ünitesi tarafından çalıştırılır.
    
14. Anemometre ve Yelkovan: Kullanım amacı rüzgar hızını ve yönünü ölçmektir. Anemometreye elektronik sinyaller gider, rüzgar hızı 5 m/s’ye yaklaştığında elektrik kontrol ünitesi tarafından rüzgar türbini çalıştırmak için kullanılır. Rüzgar hızı 25 m/s’yi geçtiğinde türbin ve çevresinin zarar görmemesi için türbin durdurulur.

Yelkovan ise türbinin rüzgara doğru dönmesini sağlar.

Rüzgar Türbini Çalışma Prensibi

Öncelikle rüzgar sayesinde rotor etrafında olan pervaneler döner. Rotora bağlı olan jeneratör dönerek çalışmaya başlar ve böylece jeneratör elektrik üretir.

Rüzgar türbini yeni, rüzgar değirmeni eski bir enerji üretme kaynağı olmasına karşın işleyişleri hemen hemen aynıdır.

Rüzgar Türbini Çeşitleri

Rüzgar türbini çeşitleri temel olarak beş gruba ayrılır.

1. Dönme Eksenine Göre Rüzgar Türbini Çeşitleri

Dönme eksenine göre rüzgar türbini çeşitleri kendi içinde üçe ayrılır:

• - Yatay Eksenli Rüzgar Türbini: Bu çeşit türbinlerde dönme ekseni rüzgar yönüne paralelken kanatlar rüzgar yönüne dik bir şekilde konumlandırılmıştır. Ticari türbinlerde genellikle tercih edilen bir çeşittir. Kulenin ucunda bir rötar bulunur ve rotora bağlı olan kanatlar rüzgara dik açıdadır. Kanatların dönmesiyle ortaya mekanik enerji çıkar. Bu mekanik enerji jeneratöre iletilerek elektrik enerjisi üretilir.
  
• - Dikey Eksenli Rüzgar Türbini: Bu rüzgar türbini çeşidi genellikle deney için üretilir. Türbin mili düşük ve rüzgarın geliş yönüne diktir. Ayrıca bu rüzgar türbini çeşidi yere konumlandırılabildiğinden kule maliyetinden tasarruf edilir. Ayrıca dümen sistemine de gerek duyulmaz. Güç, rüzgarın kanatları kule etrafında döndürmesiyle elde edilir.
  
• - Darrieus Rüzgar Türbinleri: Kanatlar düşey olarak uzanan ve uçları kuleye bağlı bir şekildedir. Bu kanatların rüzgar etkisiyle dönmesiyle elektrik üretilir.
  
• - Savonius Rüzgar Türbinleri: Şekil olarak iki veya üç adet kepçeye benzer kesitlerin birleşimine benzer. Yaygın kullanımı iki kepçenin bulunduğu türbindir. Görüntüsü itibariyle "S” şeklini andırır. Kepçelerin içine rüzgar dolar ve bu ivme ile dönmeye başlar. Bu ivme rotora ve jeneratöre aktarılarak enerji elde edilir.

2. Kanat Sayısına Göre Rüzgar Türbini Çeşitleri

Kanat satısına göre rüzgar türbini çeşitleri kendi içinde dörde ayrılır:

• - Tek Kanatlı Rüzgar Türbini: Rotora bağlı tek bir kanat bulunur. Kullanım amacı pervaneleri etkileyen rotasyon hızını düşürmektir. Fakat tek kanatlı rüzgar türbini kısmen daha sesli çalışır. Çünkü tek kanatlı olmasından dolayı dönme esnasında dengesiz ağırlık söz konusudur. Bu nedenle gücü dengelemesi amacıyla başka mekanizmalara ihtiyaç duyulur.
  
• - Çift Kanatlı Rüzgar Türbini: Bu rüzgar türbini çeşitlerinde rotora bağlı iki kanat bulunur. Burada da bir yük dengesizliği söz konusudur. Dolayısıyla ekstra ekipman gerektirir. Dengesizlikten dolayı ortaya çıkan atalet momenti yalnızca sallanan göbek kullanılarak giderilebilir.
  
• - Üç Kanatlı Rüzgar Türbini: En çok kullanılan modeldir. Bunun sebebi pervanenin tüm hızlarda sabit bir atalet momentine sahip olmasıdır ve dolayısıyla ekstra bir ekipmana ihtiyaç duyulmaz. Hem daha uzun ömürlüdür hem daha az maliyet gerektirir hem de yüksek performans sunar.
  
• - Çok Kanatlı Rüzgar Türbini: Rüzgargülleri olarak bilinirler. Uzun yıllar boyunca yalnızca su pompalamak için kullandılar. Çok kanatlı üretilmelerinin sebebi, bu momenti karşılayabilmektir.

3. Rüzgarların Gelişine Göre Rüzgar Türbini Çeşitleri

Rüzgarların gelişine göre rüzgar türbini çeşitleri kendi içinde ikiye ayrılır:

• - Rüzgarı Önden Alan Rüzgar Türbini: Kanatlar rüzgara karşı konumlanır ve jeneratör gibi ekipmanlar pervanenin arkasında yer alır. En büyük avantajı, kulenin yapacağı gölgelemeden etkilenmemesidir. Rüzgar çekilmesi faktörü göz önünde bulundurulmalı, bu sebeple kanatlar çok sert yapılmalı ve kuleden biraz uzağa yerleştirilmelidir. Rüzgarın yönüne göre konumlanabilmek için sapma sürücüsü ve ya sapma motoruna ihtiyaç duyar.
  
• - Rüzgarı Arkadan Alan Rüzgar Türbini: Kanatlar en arkada, jeneratör ve robot ise rüzgara karşı konumdadır. Rüzgarı arkadan alır, dolayısıyla rüzgarın yönüne göre yön değiştirir. Kanatları esnek bir yapıya sahip olduğundan hem ağırlık hem de güç dinamiği bakımından avantaj sağlar.

4. Maksimum Güçlerine Göre Rüzgar Türbini Çeşitleri

Maksimum güçlerine göre rüzgar türbini çeşitleri kendi içinde dört gruba ayrılır:

• - Küçük Güçlü Rüzgar Türbinleri: Maksimum 30 kW’tan az güç üretebilen türbinlerdir.
  
• - Orta Güçlü Rüzgar Türbinleri: Maksimum 30-100 kW arası güç üretebilen türbinlerdir.
  
• - Büyük Güçlü Rüzgar Türbinleri: Maksimum 100-1000 kW arası güç üretebilen türbinlerdir.
  
• - Çok Büyük Güçlü Rüzgar Türbinleri: 1 MW ve üstü güç üretebilen türbinlerdir.

5. Dişli Kutusuna Göre Rüzgar Türbini Çeşitleri

Kendi içinde iki gruba ayrılır:

• - Dişli Kutusu Bulunduran Rüzgar Türbinleri: Dişli kutular, türbindeki en maliyetli ekipmandır. Ayrıca arıza riski de bulunur. Rotordan gelen mekanik enerji kategorize edilerek jeneratöre iletilir. Böylelikle randıman düzeyi belirlenir. Ayrıca jeneratörler az kutuplu ve yüksek devirlidir.
  
• - Dişli Kutusu Bulundurmayan Rüzgar Türbinleri: Dişli kutusunun dezavantajları bu rüzgar türbini çeşitlerinde söz konusu değildir. Rotordan gelen mekanik enerji herhangi bir düzenleyici olmaksızın jeneratöre iletilir. Bu rüzgar türbini çeşitlerinde de randıman kaybı yaşanması söz konusudur. Hız frenlemeleriyle bu dezavantaj ortadan kalkar. Jeneratör çok kutuplu ve düşük devirlidir.