Başlarken..

Rüzgarın bir enerji kaynağı olarak kullanılması 20.yy’ın en önemli buluşlarından birisidir. Buhar makinelerinin ve takiben fosil yakıtları enerjiye çeviren diğer teknolojilerin yoğun olarak kullanılması, rüzgar enerji sistemlerinin hiçbir zaman ciddi bir şekilde kullanım alanı bulamayacak oyuncaklar gibi görünmesine yol açmıştı. 1950’lü yılların ortasından itibaren durum bu şekildeydi. 1960’lı yılların sonuna doğru bu durum rüzgar enerji sistemleri lehine biraz değişir gibi görünmesine rağmen, rüzgar türbinleri ciddi anlamda sahneye çıkabilmek için 1990’lü yılları beklemek zorunda kaldı.

Ne olduğunu tam olarak anlayabilmek için rüzgar elektrik tarihine yöne veren 5 önemli faktöre göz atmakta fayda var. Dünyanın fosil yakıt rezervlerinin bitmekte olduğunun ve bu yakıtları enerji üretiminde kullanmanın zarar verici etkilerinin farkına çarpıcı bir şekilde varılması bir çok insanı alternatif enerji kaynakları arayışına itti. İkinci faktör potansiyelle ilgilidir. Rüzgar dünyanın her tarafında esmektedir ve bazı bölgelerde ciddi enerji yoğunluğu vardır. Rüzgar enerjisi geçmişte mekanik enerji kaynağı olarak ve taşımacılıkta da yoğun bir şekilde kullanıldı. Bu kaynaktan yeniden faydalanmak akla uygun görünmektedir. Üçüncü olarak rüzgar elektriğine ulaşmak için yeterli bilgi birikimine zamanla ulaşılmıştır. Kuşkusuz ki bu teknoloji birikiminin büyük bir kısmı farklı alanlarda farklı amaçlara ulaşmak için geliştirilmiştir. Fakat rüzgar türbinlerine uygulanabilir olmaları, bu alandaki devrimsel gelişmelerin önünü açmıştır.

Bu üç faktör rüzgar türbinleriyle enerji üretmenin yeniden gündeme gelmesini sağlamıştır, fakat yeterli olmamıştır. İki faktörün daha rüzgar elektrik sistemlerinin ilerlemesine katkıda bulunması gerekmiştir; birincisi rüzgardan yeniden farklı bir şekilde faydalanmak için ortak bir vizyon, diğeri de gelişmeyi hayat geçirmek için siyasi bir irade ve politika.

Rüzgar enerjisinden farklı bir şekilde faydalanma vizyonu 1960’lı yıllarda Poul la Cour, Albert Betz, Palmer Putman ve Perey Thomas gibi sektörün duayenleriyle ortaya çıkmıştır. Johannes Juul, E.W. Golding, Ulrich Hütter ve William Heronermus’la gelişimi devam eden vizyonun yayılması hızlanmıştır.

Rüzgar enerjisi sistemlerinin ortaya çıktığı ilk günlerde rüzgar türbinleriyle üretilen elektrik enerjisinin birim fiyatı fosil yakıtlarla üretilene göre oldukça yüksekti. Rüzgar enerjisi teknolojisiyle ilgili araştırma – geliştirme ve deneme faaliyetlerinin devam etmesi için devletin yardımına ihtiyaç vardı. Rüzgar türbinlerinin elektrik şebekesine entegre edilebilmesi ve teknolojinin yaygınlaşabilmesi için de devletlerin yardımına ve teşviklerine gereksinim duyulmaktaydı. Gerekli destekler için politik niyet farklı zamanlarda ve farklı derecelerde ortaya çıkmaya başladı. İlk olarak ABD, Danimarka ve Almanya bu teşviklerin öncüsü oldu. Şimdi ise rüzgar enerjisi sistemleri dünyanın büyük bir bölümünde farklı şekillerde teşvik edilmektedir.

Dünya rüzgar kaynağı 53 TWh/yıl olarak hesaplanmakta olup, günümüzde toplam rüzgâr enerjisi kurulu gücü 40.301 MW’tır. Bunun üçte biri Almanya’da bulunmaktadır. 2020 yılında 1,245 GW dünya rüzgar gücü hedefine ulaşmak için gereken yatırım miktarı 692 milyar Eurodur. Bu süre içinde üretim maliyetlerinin 3,79 Eurocent/KWH’dan 2,45 Eurocent/KWH’a düşmesi beklenmektedir. Rüzgar türbinlerinde küresel piyasa 2020 yılına kadar şimdiki 8 milyar Eurodan 80 milyar Euro yıllık iş hacmine çıkacaktır. Toplam potansiyeli en az 48.000 MW olan, yıllık ortalaması 7,5 m/s ‘nin üzerindeki bölgelerde günümüz fiyatlarıyla ekonomik olabilecek yatırımlar yapmak mümkündür. 2007 yılında gerçekleştirilmiş olan Türkiye Rüzgâr Enerjisi Potansiyel Atlası (REPA) ile ülkemizde yıllık rüzgâr hızı 8,5 m/s ve üzerinde olan bölgelerde en az 5.000 MW, 7,0 m/s’nin üzerindeki bölgelerde ise en az 48.000 MW büyüklüğünde rüzgâr enerjisi potansiyeli bulunduğu tespit edilmiştir. Türkiye’deki rüzgâr enerjisi potansiyelinin değerlendirilmesi aşağıdaki gibidir.

• Çok Verimli: 8.000 MW,
• Orta Verimli: 40.000 MW

Avrupa Birliği Kurulu rüzgar enerjisi kapasitesi bakımından dünyaya liderlik etmektedir ve yeni gelişmeler için en güçlü bölgedir. 2008 yılında yeni kurulan rüzgar enerjisi kapasitesi 8,4 GW’ın üstündedir. EWEA (Europen Wind Energy Association) ‘nın vermiş olduğu rapora göre AB’nin toplam rüzgar enerjisi güç kapasitesinin %15 artırılarak 2007 sonundaki 56,535 MW’lık seviyeden 64,949 MW’lık seviyeye geldiği belirtilmiştir. Rüzgar enerjisi kurulu gücü en fazla olan Almanya’da, bu endüstri, on yıllık 1996 -2006 süresinde yaklaşık ona katlanmıştır. 1996 yılında yapılan tahmin senaryolarında, 2005 yılında kurulu gücün 1600–5500 MW olacağı belirtilmişken, 2006 yılının ortalarında şebekeye verilen bu güç 19 300 MW’a ulaşmıştır. Bir türbinin kapasitesi 1996’da ortalama 375 kW iken, 2006’nın ilk yarısında 1200 kW’a çıkmıştır. Bu gelişmede “Elektrik Besleme Yasası (Electricity Feed- In Law)” nın ortalama kWh fiyatının %90’ını rüzgar gücü üreticilerine garanti etmesinin katkısı büyüktür. Ayrıca şebekeye girmede yenilenebilir enerjilere öncelik verilmektedir. 2020 yılında elektrik şebekesinde rüzgâr gücünün payının %20’ye çıkması öngörülmektedir. AB ve Türkiye’nin 2000 ve 2008 yılları arasındaki kurulu rüzgâr enerjisi kapasitesi aşağıdaki şekil 1 ve şekil 2’de verilmiştir. Şekil 1’de görüldüğü gibi 2000 yılından sonra RES (Rüzgâr Enerjisi Santrali) kurulu güç aranı yıllara göre ciddi bir şekilde doğru orantılı olarak artmıştır.

Şekil 2’den de anlaşılacağı üzere Türkiye’de yakın zamanda rüzgâr enerjisi yatırımlarına ciddi bir eğilim başlamıştır. RES yatırımlarının Avrupa baz alındığında çok düşük olduğu görünsede 2006’dan sonra bu yatırımların ciddi bir şekilde ivmelenerek hız kazandığını söyleyebiliriz. 2008 yılında 286 MW’lık yeni rüzgâr enerji kapasitesi eklenmiştir ve toplamda 433,35 MW seviyesine gelinmiştir.

Ülkemiz toplam enerji tüketiminin yaklaşık dörtte birini kendi öz kaynaklarından, kalan kısmını ise ithalat yoluyla karşılamaktadır. Enerjide kaynak çeşitlendirilmesine gidilmesi arz güvenliği açısından büyük bir öneme sahiptir. Verilerden de anlaşıldığı üzere ülkemizde bulunan rüzgâr potansiyelinden yeterli şekilde faydalanamadığımız gerçeği görülmektedir. En kısa zamanda bu potansiyelin kullanılması ve rüzgâr tesislerinin kurulması için mevcut bulunan enerji politikalarının eksikliklerinin giderilmesi ve üretime sunulması aşamasında gerekli kolaylıkların sağlanması gerekmektedir. Mevcut potansiyelin değerlendirilmesi ve yenilenebilir enerji kaynaklarının piyasaya girişlerinin sağlanması ancak uygun destek mekanizmalarını içeren kanun, yönetmelik ve tebliğler kapsamında sağlanabilir. Bu kapsamda günümüz teknolojisi ile ekonomik kaynak belirleme araştırması yapılarak; kullanılabilir rüzgâr kaynakları belirlenmeli, gerekli vergi muafiyetleriyle birlikte bölgesel teşvikler yapılmalı, uzun vadeli sabit fiyat garantilerinin verilmesi gündeme alınmalı ve Ar-Ge çalışmaları kapsamında üniversitelere laboratuar ve gerekli maddi desteklerin sağlanması çok önemlidir.

Rüzgarın Kaynağı Nedir?

Gel – git ve jeotermal dışındaki bütün yenilenebilir enerji kaynakları, hatta fosil yakıtlar bile varlıklarını güneşe borçludur. Güneş her saat 174.423.000.000.000 KWH enerjiyi dünyaya gönderir. Diğer bir deyişle dünya güneşten 1,74 x 10¹⁷ watt enerji alır.

İşte güneşten dünyaya gelen bu enerjinin %1 – 2 arasındaki bir bölümü rüzgar enerjisine dönüşür. Bu bütün dünya yüzeyindeki bitkilerin biyo – kütleye dönüşmesi durumunda elde edilebilecek enerjinin 50 – 100 katıdır.

Sıcaklık Farkları Hava Akımı Yaratır

Dünyanın ekvator bölgesi yani 0° enlem kuşağı kürenin diğer bölgelerine göre daha fazla ısınır. Bu sıcak bölgeler NASA uydusu tarafından görüntülenen deniz yüzeyi sıcaklıklarının gösterildiği kızıl ötesi resminde kırmızı, turuncu ve sarı gibi sıcak renklerle gösterilmiştir.

Sıcak hava soğuk havadan daha hafiftir ve atmosferde 10 km yükselerek kürenin kuzeyine ve güneyine yayılabilir. Ekvator ve yer kürenin diğer bölgelerin arasındaki sıcaklık farkları hava akımlarının ortaya çıkmasına sebep olur. Eğer yerküre kendi etrafında dönmesiydi, yükselen bu hava kuzey ve güney kutuplarına ulaşacak, atmosferin alt kademelerine çökecek ve ekvatora geri dönecekti.

Coriolis Etkisi

Fakat dünya kendi ekseni etrafında dönmektedir. Yer küre üzerinde bulunduğumuz noktayı baz alırsak, kuzey yarım küredeki her hangi bir hareket sağa doğru yönlenmekte, güney yarım kürede de tam tersi, yani solar doğru… Bu bükülme kuvveti Coriolis Kuvveti olarak bilinmektedir (1792 – 1843 yılları arasında yaşamış Fransız matematikçi Gustave Gaspard Coriolis).

Coriolis etkisi gözlemlenebilen bir fenomendir. Demiryolu raylarının bir tarafı diğerinden daha çabuk yıpranır. Nehir yataklarının bir tarafı diğerine göre daha derindir (hangi tarafın daha çok etkilendiği kuzey ve güney yarımküreye göre değişmektedir).Kuzey yarımkürede rüzgar bir alçak basınç bölgesine yaklaştıkça saat yönünün tersinde hareket etme eğilimdedir. Güney yarımkürede ise alçak basınç bölgeleri etrafında bu eğilim saat yönündedir.

Coriolis Kuvveti Global Rüzgarları Nasıl Etkiler

Rüzgar ekvatordan yükselerek atmosferin yüksek tabakalarında kuzeye ve güneye doğru hareket eder. Her iki yarım kürede de 30° enlemleri civarında Coriolis Kuvveti hava akımının daha yukarılara çıkmasına engel olur. Bu enlem bölgesinde büyük bir baskı alanı meydana gelir ve bu hava akımı aşağı bölgelere çökmeye başlar.

Rüzgar ekvator bölgesinde yükseldikçe, yüzey yakınlarında Kuzeyden ve Güneyden rüzgarları çeken bir alçak basınç bölgesi oluşur. Kutuplara yakın yerlerde ise hava soğumasından dolayı yüksek basınç bölgeleri oluşur. Coriolis Kuvvetinin bükme etkisin de yardımıyla farklı enlem aralıklarında rüzgarın yönü de farklı olur;

• 90 – 60’ K: Kuzeydoğu
• 60 – 30’ K: Güneybatı
• 30 – 0’ K: Kuzeydoğu
• 0 – 30’ G: Güneydoğu
• 30 – 60’G: Kuzeybatı
• 60 – 90’ G: Güneydoğu

Yukarıdaki resimde atmosferin boyutları oldukça abartılmıştır. Geçekte atmosferin kalınlı 10 km’dir. Diğer bir deyişle yer kürenin çapının 1/200’dür. Atmosferin bu bölgesi trosfer olarak adlandırılır ve bütün meteorolojik olaylar (sera etkisi dahil) bu katmanda gerçekleşir. Hakim rüzgar yönleri rüzgar türbinlerini konuşlandırılmasında oldukça önemlidir. Çünkü hakim rüzgar yönünde mümkün olduğunca az engel bulunmalıdır.

Rüzgar Enerjisinin Tarihi-1

İnsanoğlunun rüzgar enerjisinden faydalanma çabaları yelkenli gemilerin kullanıldığı antik çağlara kadar uzanmaktadır. Daha sonra ki dönemlerde rüzgar enerjisi insanoğluna tahıllarını öğüttüğü ve su pompaladığı yel değirmenlerinde hizmet etti.O zamanın hantal ve ağır makinelerinin günümüzün verimli ve sofistike makinelerine dönüşmesi için teknolojinin farklı gelişim aşamalarından geçmesi gerekti.

Rüzgarın mekanik güç üretiminde kullanılmasının başlangıç noktası üzerinde bilim tarihçileri fikir birliğine varamamışlardır. Bazıları bu kavramı Antik Babil’de başladığını öne sürmektedir. Babil imparatoru Hammurabi rüzgar enerjisini müthiş sulama projesinde kullanmayı planlamıştı. (M.Ö 17 yy).Diğer bilim adamları ise rüzgar değirmenlerinin ilk olarak Hindistan’da kullanıldığı iddia etmektedir.

Çizimi yapılmış ilk yel değirmeni M.Ö 200 lü yıllardan günümüze ulaşmıştır. Dikey eksenli bu makinelerin şaftına öğütme taşı bağlanmıştır. Yel değirmenlerinin yelken kanatları yatay dikmelerle merkeze irtibatlandırılmıştır. Kanatların boyu kullanılan malzemenin cinsiyle kısıtlanmıştı ve genellikle 5m genişliğinde ve 9m uzunluğunda idiler.

13 yy itibarıyla tahıl öğütmede kullanılan yel değirmenleri bütün Avrupa’da oldukça popülerdi. Dikey eksenli Pers tasarımlarına karşılık Avrupa’nın yel değirmenleri yatay eksenliydi. Bu yel değirmenlerine estetik açıdan zarif yapılar eşlik etmekteydi. Yel değirmenlerinin kuleleri dairesel veya poligonal kesitlere sahiptiler ve ahşaptan ya da tuğladan inşa edilmekteydiler. Pervane (rotor), kuyruğunun yönünün değiştirilmesiyle manuel olarak rüzgara yönlendirilmekteydi. Yine aynı şekilde yel değirmenleri yüksek rüzgar hızlarından, pervanenin çıkarılmasıyla korunmaktaydı. Diğer bir koruma yöntemi de pervanedeki

Şekil 1 Britanya Adalarından antik bir ye değirmeni

Hollandalılar ünlü tasarımcıları Jon Andrisaenszoon önderliğinde yel değirmenleri tasarımlarında başı çekiyorlardı. Tasarımlarında bir çok ilerlemeye imza attılar, bir çok farklı yel değirmeni icat ettiler Hollandalılar kabaca bir şekilde de olsa, aerodinamik profilleri verimini arttırmak için o dönemde kullanmaya başlamışlardı. Tahıl öğütmenin yanı sıra yel değirmenleri Hollanda’nın bataklıklarının drenajında da kullanılmıştır. Bu yel değirmenleri Hollandalı göçmenlerle beraber 1700’lü yıllarlın ortalarında Amerikan Kıtasına ulaşmıştır.

Şekil 2 Antik bir İspanyol Rüzgar Çiftliği

Bu gelişmelerin ardından su pompalamada kullanılan yel değirmenleri gelir. Amerikan çok kanatlı Rüzgar Türbinleri olarak bilinen aletler 1800 yılların ortasında piyasaya çıkar.Öncüllerine göre daha küçük kanatlara (bir- birkaç metre arasında) sahip bu türbinler su pompalama sistemlerinde kullanılmıştır. Bu uygulamalardaki esas amaç yüzeyin birkaç metre altında bulunan suyu tarımsal faaliyetler için yeryüzüne çıkarmaktı. Metal kanatları ve daha üstün mühendislik özellikleriyle bu su pompalama sistemleri sahada iyi iş gördüler. ABD’de 1850-1930 yılları arasında bu makinelerden 6 milyon tane üretildi ve başarıyla hizmet verdi. Rüzgar elektrik sistemlerin kullanılmaya başlaması 1900’lü yılların başındadır. Spesifik olarak elektrik enerjisi üretimi amacıyla ilk rüzgar türbin üretimi 1890 yılında Danimarka’da gerçekleştirildi. Bu rüzgar türbini şebekeden bağımsız çalışıyordu ve uzak, ücra bölgelerde elektrik üretmek amacına hizmet ediyordu. Aynı tarihlerde bir çit direğini andıran 17 m.lik kanatlara sahip büyük bir rüzgar elektrik üreteci ABD Clevenland’da tasarlandı. Yükseltici bir dişli takımının bir rüzgar türbininde kullanımı ilk olarak bu rüzgar türbininde gerçekleşti. 12 KW nominal güç çıkışına sahip bu rüzgar türbini 20 yıl boyunca işletmede kaldı.

Bu sıralarda rüzgar türbinlerinin mühendislik tasarımları için daha sistematik metotlar kullanıldı. Daha düşük yoğunluklu, daha hafif rotorlara ve aerodinamik tasarımlara sahip bu rüzgar elektrik sistemleri sahada etkileyici performanslar gösterdi. 1910 itibari ile bu rüzgar türbinlerinden yüzlercesi Danimarka köylerine elektrik sağlamaktaydı. 1925 yılına gelindiğinde rüzgar elektrik üreteçleri Amerikan piyasalarından ticari olarak boy göstermeye başladı.