aytacayva

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.

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 ****lden (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.

• [Linkleri Sadece Kayitli Uyelerimiz Gorebilir. Uye Olmak Icin Tiklayiniz...]
  • Rüzgâr teknolojisinin güçlüğü
  • Modern bir rüzgâr türbininin özellikleri
  • Rüzgârın değişkenliği
  • Tasarım araçlarının geliştirilmesi
  • Rüzgâr teknolojisinin özgün yönleri
  • Önemli bir başarı
• [Linkleri Sadece Kayitli Uyelerimiz Gorebilir. Uye Olmak Icin Tiklayiniz...]
  • 1970’den önce
  • 1970 – 1978
  • 1987 sonrası
• [Linkleri Sadece Kayitli Uyelerimiz Gorebilir. Uye Olmak Icin Tiklayiniz...]
  • 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
• [Linkleri Sadece Kayitli Uyelerimiz Gorebilir. Uye Olmak Icin Tiklayiniz...]
  • 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
• [Linkleri Sadece Kayitli Uyelerimiz Gorebilir. Uye Olmak Icin Tiklayiniz...]
  • Rüzgâr çiftliklerinde rüzgârdan istifade
  • Tesis dengesi
  • Enerji tahminleri ve optimizasyon
• [Linkleri Sadece Kayitli Uyelerimiz Gorebilir. Uye Olmak Icin Tiklayiniz...]
  • 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
• [Linkleri Sadece Kayitli Uyelerimiz Gorebilir. Uye Olmak Icin Tiklayiniz...]
  • Rüzgâr türbini belgelemesi
  • Uluslararası standartlar

__________________
Kalitesiz olmayın Kalite SİZ olun.

Lütfen teşekkürü çok görmeyelim. Bir katkıda siz yapın.