Rüzgar Türbinleri günümüzde iki farklı tasarımla karşımıza çıkıyor. Bunlardan birincisi Yatay Eksenli diğeri ise Düşey Eksenli olan rüzgar türbinidir.
Dikey Eksenli Rüzgar TürbiniDüşey Eksenli Rüzgar Türbini yani "Vertical Axis Wind Turbine” (VAWTs) olarak adlandırılır.
Düşey veya dikey eksenli dediğimiz rüzgar türbinleri yere dik olacak şekilde tasarlanmıştır. Daima rüzgarın geleceği yöne göre ayarlanır. Yatay ekseninin rüzgara göre ayarlanmasına gerek yoktur. Genelde ilk hareket olarak elektrik motoruna ihtiyaç duymaktadır. Türbin yardımcı tellerle ekseninden sabitlenmiştir. Deniz seviyesine yakın yerlerde daha az rüzgar aldığından cihazın verimi düşük olmaktadır. Ancak tüm gerekli donanımlar yer seviyesinde olması bir avantaj olsa da, tarım arazileri için olumsuz etkisi fazla olmaktadır.
Yatay Eksenli Rüzgar Türbini (HAWTs) "Horizontal Axis Wind Turbine” olarak adlandırılır. Dönme ekseni yere paralel olarak tasarlanmıştır. Bir elektrik motoru yardımıyla rüzgar yönüne göre pervanenin yönü ayarlanabiliyor. Yapısal olarak bir elektrik motorundan farklı değildir. Verimli olarak çalışabilmesi için deniz seviyesinden yaklaşık 80 metre yüksekte olması gereklidir.
Rüzgar estiğinde, rotorun dönmesine yardımcı olan kanatlar rüzgarın bir kısmını yüzde olarak engellerler. Bu da enerjiye dönüştürülen yüzdedir. Kanat verimi ne kadar iyi olursa elde edilecek güç de o kadar yüksek olur. Fizik kurallarına göre enerjiye dönüştürülebilecek rüzgar maksimum %59.3‘tür ve bu Betz Limiti olarak adlandırılır. Fakat pratik uygulanan sistemlerde sürtünme, ısı ve türbülans kayıpları da oluştuğundan bu oran %30 civarlarına düşmektedir. Rüzgar türbinleri tek başına yada hibrit sistemler olarak kullanılabilir. Hibrit sistemlerde genellikle güneş paneli, hidroelektrik yada diğer kaynaklarla birlikte kullanılır. Sistem olarak, bir şebekeye bağlanarak, güneş pilleriyle veya dizel jeneratörlerle birlikte hibrit şekilde kullanılabilirler. Tek sistem olarak kullanılan rüzgar türbinleri bugüne kadar genelde su pompalarını ve iletişim cihazlarını çalıştırmak için kullanılmaktaydı ama şimdi rüzgarlı bölgelerdeki ev sahipleri veya çiftçilerde elektrik üretmek için rüzgar türbinlerini kullanmaktalar.
Rüzgar türbinleri belirli veya değişken rüzgar hızlarında çalışmaları için ayarlanabilirler. Değişken hızlarda çalışabilen rüzgar türbinleri, sabit hızda çalışanlara göre %8 ila %15 arasında daha fazla enerji üretimi sağlayabilirler. Bununla beraber bu rüzgar türbinlerinin sabit enerji çıkışı verebilmesi için elektronik devrelere ihtiyaç duyarlar.
Çoğu rüzgar türbini üreticisi düşük hız türbin rotoru ile yüksek hızlı 3 fazlı jeneratör arasında redüktör kullanmayı yeğler. Bunun dışında rotorun ve jeneratörün direkt bağlantılı olduğu modeller de vardır. Bu seçenek daha fazla devamlılık, daha az bakım maliyeti ve türbin için daha düşük fiyat sağlar.
Yüzyıllardır rüzgar enerjisi kullanılmaktadır.
Kullanım alanı sadece akıllarımızla sınırlıdır fakat fizik kuralları da neyi yapıp neyi yapamayacağımıza kılavuzluk etmektedir. İnsanlar genellikle ufak cihazları evlerinin çatılarına monte ederek bütün elektrik gereksinimlerini gidermeyi hayal ettiler fakat anlaşılamayan konu teknik olarak mümkün olmayan limitlerdir. Doğadaki her şeyde olduğu gibi bir şeyin gerçekleşebilmesi için limitleri vardır.
Rotor Blades (Pervane kanatları) : Rüzgar enerjisini dönme hareketine çevirmeye yarar.
Shaft (Şaft) : Dönme hareketini üreteçe iletir.
Gear Box (Dişli Kutusu): Pervaneyle şaftın aralarındaki hızı arttırıp, üretece daha hızlı bir hareket iletilmesine yardımcı olur.
Generator (Üreteç) : Dönme hareketinden elektrik enerjisi üreten bölüm.
Breaks (Frenler) : Aşırı yüklenme ve bir sorun olduğunda pervaneyi durdurmaya yarar.
Tower (Kule) : Pervane ve motor bölümününü yerden güvenli bir yükseklikte çalışmasını sağlar.
Electrical Equipment (Elektrik Donanımı) : Üretilen elektrik enerjisini ilgili merkezlere iletilmesini sağlar.
En yaygın olan rüzgar türbini çeşitleri yatay eksenli ve 3 kanatlı olan modellerdir.
Rüzgar türbinleri rüzgarda bulunan potansiyel enerjiyi önce mekanik daha sonra ise elektrik enerjiye çeviren sistemlerdir.
Üretilen Enerjinin HesaplanmasıBir rüzgar türbininin ürettiği enerjinin hesaplanması için rüzgarın hızına ve pervane çapına ihtiyaç vardır. Çoğunlukla büyük rüzgar türbinleri saniyede 15 metre hızla dönmektedir. Teorik olarak üretilen enerjinin artması için pervane çapının artması gerekmektedir. Bu da rüzgar türbininin yüksekliğinin de artması anlamına gelir. Bu sayede daha fazla rüzgar alıp daha hızlı bir dönme hareketi sağlanır.
Genellikle rüzgar türbinleri saatte 33 mil hızla döndüklerinde tam kapasite olarak çalışmaktadırlar. Saatte 45 mil (20 metre / saniye) hızına çıktıklarında ise otomatik olarak sistem durmaktadır. Türbinin fazla hızlanması halinde sistemi durduracak birçok kontrol bulumaktadır. En genel sistem fren sistemidir. Pervane 45 mil/saatte hızına ulaştığında dönme işlemini durdurur.
Bundan başka diğer güvenlik elemanları da şunlardır.
50.000 rüzgar türbini , yıllık 50 milyar kilovat/saat enerji üretir.
Tipik büyük bir rüzgar türbini yıllık 5.2 milyon KWh elektrik enerjisi üretir. Yaklaşık 600 hanenin elektrik ihtiyacını karşılayabilir. Günümüzde kömür ve nükleer santraller, rüzgar santrallerinden daha ucuza enerji üretebilmektedirler.
O halde neden rüzgar enerjisini kullanalım? Bunun önemli nedenleri var.
Rüzgar Enerjisinin Zararları ve Olumsuz Yönleri
Rüzgar santrallerinin bu yararlarının yanında olumsuz yönleride de vardır.
Rüzgar varolduğundan beri güvenilir enerji kaynağı değildir. Rüzgar hızı düştüğünde yada kesildiğinde geri dönüşümü olmayan enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır.
