Enerji, insanlığın en temel ihtiyaçlarından biri olarak çok eski zamanlarda kendine basit bir yer edinse de özellikle sanayi devrimi ve sanayileşme hareketiyle önemini çokça arttırdı. İlk başlarda ısınma, pişirme ve alet edevat yapımı ile başlayan bu ihtiyaç, daha sonra kömürün başta fabrikalarda kullanılmasıyla hayatımız için çok önemli bir noktaya gelmiştir. Günümüzde enerji üretimi dünyanın en büyük pazarlarından biridir. Bu yazıda, günümüzde enerji ihtiyacımızın bir kısmını karşılayabilen ve bu büyük pazarda her geçen gün payını biraz daha arttıran rüzgâr enerjisinden bahsedeceğiz.
İlk olarak enerjinin ne olduğunun bilinmesinde fayda var. Enerji, iş yapma kapasitesi olarak nitelendirilebilir. Bu enerjinin varlığı ise potansiyel, kinetik, kimyasal, vb. çok farklı şekillerde olabilir. Ancak bu yazının ilgilendiği enerji türü elektrik enerjisi. Basitçe açıklamak gerekirse, elektrik enerjisi elektronların hareketinden ortaya çıkan bir enerjidir. Ancak günümüzde kullandığımız elektrik enerjisi, ikincil enerji kaynağı olarak nitelendirilmektedir. Bunun sebebi, elektrik enerjisinin farklı bir kaynaktan dönüştürülerek elde edilmesidir. Birincil enerji kaynakları petrol, doğal gaz, kömür ve diğer kaynaklardır.
Birincil enerji kaynakları kendileri içerisinde temel olarak iki gruba ayrılabilir. Birinci grup yenilenemeyen enerji kaynakları olarak adlandırılır. Yenilenemeyen enerji kaynakları kendi içerisinde kaynaklarının doğaları gereği farklı gruplara ayrılabilir. Bu grupların en iyi bilineni fosil (hidrokarbon) enerji kaynaklarıdır. Fosil enerji kaynaklarının en çok bilinenleri ise kömür, petrol, doğal gazdır. Bu yazımızın konusu olmasa da, fosil enerji kaynakları da geleneksel ve geleneksel olmayan olarak kaynağın çıkarma yöntemine göre ikiye ayrılmaktadır. Bir diğer yenilenemeyen enerji kaynak grubu da nükleer enerji kaynaklarıdır. Birincil enerji kaynaklarının ikinci grubu ise yenilenebilir enerji kaynaklarıdır. Bunların en bilinenleri rüzgâr, güneş ve hidro enerjisidir. Günümüzde fosil enerji kaynakları hala birincil enerji kaynağı olarak yer almaktadır. Bunun en önemli nedenlerininse, maliyetlerin yenilenebilir enerjiden düşük olması, üretim ve tüketimin anlık olarak kontrol edilebilmesi olduğu söylenebilir. Ancak, fosil yakıtların doğayı kirletmesi, sınırlı bir kaynak olması, yenilenebilir enerji maliyetlerinin genel olarak her yıl ucuzlaması, fosil kaynakların sadece belirli ve sınırlı yerlerde bulunması ve yeşil politika gibi nedenlerle yenilenebilir enerji kaynaklarının pazar payları büyüme göstermektedir. Bu sebepler tüm yenilenebilir enerji grupları üzerine genel olarak yorumlanmıştır, ayrı ayrı incelendiğinde ufak farklar görülebilir. (Nükleer enerji “tüm şartlar oluştuğunda” temiz bir enerjidir ve hidro enerji ise doğaya olumsuz etkileri diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre çok daha fazladır, vb).
Rüzgâr enerjisi bahsettiğimiz üzere yenilenebilir enerji kaynakları grubunda yer almaktadır. Bu kaynakta elektrik enerjisinin üretimi rüzgârın kinetik enerjisiyle rüzgâr türbininin kanatlarını döndürmesiyle başlar. Bu sayede kinetik enerji mekanik enerjiye dönüştürülür. Rüzgâr türbininde kanatlar “rotor” olarak adlandırılan, türbinin ön kısmında bulunan serbest parçaya bağlı bulunur. Bu şekilde bu kısım kanatlar ile birlikte dönerek kendisine bağlı olan şaftı döndürür. Bu şaft ise türbinin iç kısmında jeneratöre bağlanır ve mekanik enerji elektrik enerjisine döndürülebilir. Rüzgâr enerjisi bulunduğu yere göre iki farklı grupta incelenir. Birinci grup karada rüzgâr enerjisi (Onshore) olarak adlandırılır ve bir kara parçası üzerine inşa edilen türbin sistemlerini kapsar. İkinci grup ise deniz rüzgâr enerjisi (Offshore) olarak adlandırılır ve denizde yapılmış sistemleri kapsar. Kuruldukları zemin bu iki grubun tek temel farkı gibi görülse de birçok farklı yanlarından bahsedilebilir. Maliyetler, verim, rüzgâr potansiyeli, proje aşamaları, çevreye etkiler gibi faktörler bu iki grubun farkları arasına girmektedir.
Rüzgâr türbinleri kendi aralarında farklı yönlerden pek çok gruba ayrılabilir. Ancak temel çalışma prensiplerinin farklı olmasından dolayı iki gruba ayrılırlar. Birincisi ve çoğumuzun daha iyi bildiği, yatay eksen rüzgâr türbinleridir. İkinci grup ise daha geliştirilmekte olan dikey eksen rüzgâr türbinleridir. İki tür arasında pek çok teknik fark olsa da yatay eksen türbinin diğerinden daha çok bilinmesinin temel sebebi elektrik üretiminde daha verimli ve yaygın olmasıdır. Dikey eksen rüzgâr türbininin yatay eksene göre faydaları (rüzgâr yönünün bir önemi olmaması) bulunmakla beraber bu yazıda dikey eksen türbinler üzerinden konuyu ele alacağız. Rüzgâr türbinleri temel olarak 3 gruptan oluşmaktadır. Birinci kısım Şekil 1’de gösterilen rotor (13) kısmıdır ve kanatları (11), kanat açı sistemini (12) (pitch system) içinde bulundurur. Kanatlar rüzgâr yakalamak ile görevli iken, açı sistemleri ise belirli durumlarda kanatların açısını değiştirmekten sorumludur. İkinci ana kısım muhafaza kısmı (6) (Nacelle) olarak adlandırılır ve rotor sistemine bağlıdır. Dişli kutusu (10) muhafaza kısmının içinde bulunur ve şaftın hızının arttırılmasını sağlar. Elektrikli ya da mekanik fren sistemi (9) acil durumlarda şaftın dönüşünü durdurarak üretimi keser. Sapma kontrol sistemi (5) (Yaw Systems) muhafaza ve kule bölümlerinin arasına yerleştirilmiştir ve rüzgâr yönünün değişmesi durumunda dişli bir sistem ile muhafaza ve dolayısıyla rotor sisteminin rüzgârın geldiği yöne dönüşünü sağlar. Rüzgâr ölçer, (8) muhafaza kısmının üst bölümüne yerleştirilmiştir ve rüzgâr yönü bilgisini sapma sistemine bildirir. Muhafaza içerisinde bulunan son parça ise jeneratördür (7) ve elektrik üretimini sağlar.
Şekil 1: Rüzgar Türbini
Son büyük kısım ise kule (3) ve temel (1) olarak düşünülebilir. Bu kısımlarda ise şebeke bağlantısı (2) ve merdiven/asansör (4) sistemleri bulunur. Görselde bahsedilmeyen iki önemli parça da rüzgâr türbinlerinde bulunmaktadır. Birincisi aerodinamik fren sistemi ve kanatların üzerinde bulunur. İkincisi ise kayıpları düşürmek için trafo bulunur. Trafo bir zorunluluk olmamakla beraber, şebeke bağlantısı uzakta olduğunda kullanılır ve kimi zaman kulenin altında kimi zaman ise muhafazanın içinde bulunur.
Bu yazı rüzgâr enerjisine basit bir giriş olarak yazılmıştır. Daha önce de bahsedildiği üzere rüzgâr enerjisi gelişmekte olan bir pazar olsa da Danimarka başta olmak üzere pek çok Kuzey Avrupa ülkesinde önemli bir kaynak olarak boy göstermektedir. Ayrıca Amerika, İngiltere ve Asya pazarları da son zamanlarda enerji paylarında rüzgârın katkısını yüzdelik oranda arttırmaya başladılar. Ancak rüzgâr enerjisinin hala tam olarak yaygınlaşamamasının sebepleri hala aşılabilmiş değildir. Sonraki günlerde rüzgâr enerjisinin bölgelere bağlı gelişim desenleri, sürdürülebilirlik ve teknik yaklaşımlar üzerine yazılarla devam etmeyi ve rüzgâr enerjisinin pek çok perspektiften olumlu ve olumsuz yanlarını tartışmayı umuyorum.
