Rüzgâr Enerjisi Nedir? Rüzgâr Türbinleri Nasıl Enerji Üretir?

Fosil bazlı enerji kaynaklarının yerine geçmeye başlayan yenilenebilir enerji kaynakları arasında bulunan rüzgâr enerjisi; temiz ve sürdürülebilir bir enerji türü olarak öne çıkar. 

Dünya genelinde olduğu gibi Türkiye’de de her yıl artarak yapılan çalışmalar sayesinde elektrik üretiminin bir kısmı rüzgâr türbinleri sayesinde karşılanır. 

Yazımızda rüzgar enerjisi ve santral türleri, ne kadar elektrik üretilebileceği gibi merak ettiğiniz tüm konuları detayları ile okuyabileceksiniz.

Rüzgâr Enerjisi Nedir?

Rüzgâr, güneşin yeryüzünü eşit olmayan şekilde ısıtıp soğutmasının ve basınç farkları sonucu ortaya çıkan kuvvetlerin meydana getirdiği hava hareketleridir.

Bu hava akımının sahip olduğu hareket enerjisi ise rüzgâr enerjisi olarak adlandırılır.

Hava kitlesinin sahip olduğu kinetik enerji mekanik enerjiye dönüşür. Bu anlamda rüzgâr enerjisi, dönüştürülmüş güneş enerjisi olarak da görülür. Dünyaya ulaşan güneş ışınlarının ortalama %2’si rüzgâr enerjisi haline gelir.

Kökeni milattan önceye dayanan bu enerji; karada millerin ve yel değirmenlerinin, denizde ise yelkenli gemilerin çıkış noktası olur. Rüzgâr enerjisini ilk kez tanımlayan kişi ise Yunan mühendis Heron’dur.

M.Ö. 2800’lü yıllarda Orta Doğu’da kullanılmaya başlanan rüzgâr enerjisinin M.Ö. 17. yüzyılda Mezopotamya’da ve Çin’de de kullanıldığına dair kanıtlar bulunmuştur.

İskenderiye’de kurulan ilk yel değirmenleri M.Ö. 7. yüzyılda İranlılar ve Türkler tarafından da kullanılmış, Haçlı Seferleri sırasında ise Avrupalılara geçmiştir.

Sanayi Devrimi’ne kadar Avrupa’da yaygın olarak kullanılmaya başlanan yel değirmenlerinin 19. yüzyıla girmeden önce Hollanda’da 10.000 adedi kullanılmıştır.

Ancak buharla çalışan makinelerin kullanımı ile rüzgâr enerjisi önemini kaybetmeye başlamıştır.

İlk modern rüzgâr türbini ABD'li Charles F. Brush tarafından 1887’de icat edilmiştir.

19. yüzyıl sonrasında rüzgâr enerjisine verilen önem gittikçe artmıştır. Günümüzde hem dünya genelinde hem de Türkiye’de bu konuyla ilgili yapılan çalışmaların sayısı her geçen gün artmaktadır.

Rüzgâr Nasıl Oluşur?

Güneş ışınları, atmosfer üzerinde ısınmaya neden olur. Isındığı zaman yoğunluğu azalan hava ise yükselerek yerini soğuk havaya bırakır. Dünyanın dönme hareketi ve bu soğuk hava birleşerek yüksek miktarda kinetik enerjiye sahip hava hareketi yaratır.

Rüzgârı ve rüzgâr hızını meydana getiren atmosfer içinde bazı faktörler bulunur. Bunlar arasında merkezkaç kuvveti, basınç gradyan kuvveti, sürtünme kuvveti ve Coriolis kuvveti yer alır.

Rüzgâr, bir merkez etrafında dönen hava hareketidir. Ancak bu dönme sırasında merkezkaç adı verilen, kendini merkezden uzaklaşmaya iten bir kuvvetin etkisine girer.

Sürtünme kuvveti ise rüzgârın meydana gelmesinde etkili olmasa da hızı yavaşlatır. Yere yakın olduğunda daha güçlü etki etmesine rağmen türbülans nedeniyle yukarı doğru itilir.

Sürtünme kuvveti, yaklaşık 600 m yüksekliğe kadar rüzgârın yavaşlamasına neden olabilir. Havayı yüksek basınçtan alçak basınca doğru gitmeye iten güç basınç gradyan kuvveti, yer saptırıcı kuvvet ise Coriolis kuvvetidir.

Rüzgâr Türbini Nedir?

Rüzgâr türbini, rüzgârın kinetik enerjisini mekanik enerjiye çevirdikten sonra elektrik enerjisine dönüştürür.

Eksenine, gücüne, devir ve kanat sayısına, dişli olup olmadığına ve kurulum yerlerine göre sınıflandırılır.

Kullanılan ilk türbin modelleri oldukça büyük boyutlu ve gürültülü iken günümüzde kullanılan modern türbinler daha sessiz çalışır.

Ülkelerin mevcut rüzgâr potansiyelinin istenen ölçüde kullanılabilmesi için türbin teknolojilerine yatırım yapılması gerekir. 

Rüzgâr Türbinlerinin Parçaları

Bir rüzgâr türbininin parçaları aşağıdaki gibidir:

• Pervane kanatları
• Kontrol ünitesi
• Vites kutusu,
• Kule
• Çark
• Jeneratör
• Düşük ve yüksek hız mili
• Makine bölümü
• Durdurma kolu
• Anemometre
• Sapma sürücüsü
• Sapma motoru
  
  
   

• Yatay Eksenli 

Yatay eksenli rüzgâr türbinleri; temel, rotor kanatları, jeneratör, kule ve motor bölümlerinden meydana gelir. Temel, kuleye destek olarak kulenin sağlam kalmasına yardımcı olur.

Kule ise hem rotor göbeğine hem de gövdeye destek olur. Bu nedenle kule yapımında genellikle beton ve çelik gibi dayanıklı materyaller kullanılır.

Türbülansın azaltılması için kuleler borulu, eğimli ya da kafesli olabilir. Rotor mili ve elektrik jeneratörü ise kulenin tepe noktasında yer alır.

Yatay eksenli türbinlerin çoğunda üç adet kanat bulunur. Kanat sayısı bazen değişiklik gösterebilir. Kanatlar tek ya da çift sayıda, kimi zaman ise üçten fazla sayıda olabilir.

Rotor kanatlarının sayısı, dönme hızını da etkiler; kanatlar ne kadar az olursa rotor o kadar hızlı döner. Kanat dönüşünün yavaştan hızlıya geçmesi içinse dişli kutusuna yer verilir.

Kanatlar çoğunlukla yerden 20-30 metre yükseklikte ve çevredeki engellerden de yüksekte olacak şekilde konumlandırılır. Bu türbinlerden alınan verim ortalama %45’tir.

Dünya genelinde en çok tercih edilen rüzgar türbini tipi yatay eksenli olandır. Hem karada hem de okyanus ve denizlerde bu model sıklıkla tercih edilir.

Zorlu kış koşullarında da kullanıma uygun olabilmektedir. Bunun için türbinleri ısıtacak sistemler kurulur.

• Dikey Eksenli

Pervanelerin dik şekilde konumlandırıldığı dikey eksenli rüzgâr türbinlerinde dönme yönü, rüzgârın yönüne diktir.

Rüzgârın yönünün değişmesinden etkilenmediği için yönlendirme parçaları yoktur. Ayrıca vites kutusu ve jeneratör toprak seviyesinde bulunduğu için kuleye ihtiyaç duyulmaz.  

Bu türbinler Savonius ve Darrieus olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Darrieus türbinleri ise H-Darrieus(h-rot), Helisel Darrieus ve D-Darrieus olmak üzere üç gruba ayrılır.

Darrieus türbini, Georges Jean Marie Darrieus tarafından 1925 yılında icat edilmiş, 1931 yılında ise patenti alınmıştır.

Darrieus türbinlerinde çekme gerilimini minimuma indirmek için kanatlar hafif eğik olacak şekilde tasarlanır. İlk hareket için tahrik motorunun gerektiği bu modeller, genellikle iki ya da üç kanatlıdır.

H-Darrieus ise kanatlarına pitch kontrolü uygulanması ve düz bir aerodinamik forma sahip olması ile Darrieus türbinlerden ayrılır.

Savonius türbinlerinin merkezleri birbirine simetrik olarak yatık pozisyondadır. İki yatay disk arasında bulunan ve kanat olarak da bilinen iki yarım silindirden oluşur.

Savonius rüzgâr türbinleri 1925 yılında Sigurd Johannes Savonius tarafından icat edilmiştir.

Darrieus ile Savonius modelleri karşılaştırıldığında, Darrieus modelleri daha az enerji harcamalarıyla öne çıkar. Öte yandan Savonius türbinleri de kendi kendilerine çalışmaya başlayabiliyor oluşlarıyla avantaj elde eder. İdeal olanın ikisi modelden de yararlanmak olduğu akademisyen Gambier tarafından ifade edilmiştir.

Rüzgâr Türbinleri Nasıl Çalışır?

Eski tip yel değirmenlerinden farklı olarak modern bir rüzgâr türbininde kanatların hareket etmesi için yalnızca rüzgârın gücünden değil, aerodinamik prensiplerden de yararlanılır.

Kinetik enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren rotorların çalışmasını sağlayan bazı aerodinamik kuvvetlerden söz etmek mümkündür. Bunlarda sürükleme ve kaldırma kuvvetleridir.

Hareket eden havanın bıçağa benzeyen pervaneleri döndürmesi amaçlanır. Rüzgârın kanatlara değmesiyle basınç farkı oluşur ve pervaneler döner.

Ev Tipi Rüzgâr Türbini Var Mı? Ne Kadar Elektrik Üretir? 

Ev tipi rüzgâr türbinlerinin elektrik üretim kapasitesi bölgedeki rüzgâra göre değişiklik gösterir. Bu türbinler bir evin ihtiyaçlarını karşılayacak miktarda elektrik üretimi sağlayabilse de, rüzgâr olmayan gün ve saatlerde elektriğin kesilmemesi için depolama sistemleriyle ya da başka elektrik üretim sistemleriyle birlikte kullanılması önerilir.

• Ev Tipi Rüzgâr Türbini ile Hangi Elektrikli Aletler Çalıştırılabilir?

Bir haneye yetecek güçte çalışan bir türbin; lambalar, buzdolabı, çamaşır makinesi gibi evde kullanılan tüm elektrikli aletlerin kesintisiz çalışmasını sağlayabilir.

• Ev Tipi Rüzgâr Türbini için Hangi Malzemeler Gereklidir? 

Evde türbin yapımı için gerekli malzemeler arasında taşlama makinesi, türbinin büyüklüğüne uygun ölçüde borular, jeneratör motoru, kaynak makinesi, vidalar, matkap, tahta plaka, direk ve çizimi gösteren şablon bulunur.

Rüzgâr Nasıl Enerjiye Çevrilir?

Rüzgârın enerjiye çevrilmesi için öncelikle coğrafi olarak yoğun rüzgâr alan verimli alanların belirlenmesi gerekir.

Ardından bu alandan elde edilebilecek maksimum enerji hesaplanarak ihtiyaç duyulan türbin sayısı belirlenir.

Rüzgâr türbinleri kurulduktan sonra pervaneler hava hareketleri ile dönmeye başlar. Bu kanatlar, devir sayısına bağlı olarak çarkları döndürür.

Çarkların dönmesi ile enerji açığa çıkarılır. Bu enerji jeneratörlerde depolanabileceği gibi kullanım için trafolara da aktarılabilir.

Rüzgâr Enerjisi ile Ne Kadar Elektrik Üretilebilir?

Rüzgâr enerjisinin elektrik üretme kapasitesinin 1 MW olduğu düşünüldüğünde, bu enerji ile yılda yaklaşık 3 MW elektrik üretilebilir. Örneğin, 10 kW kapasiteli bir türbin, yaklaşık olarak 16.000 kWh üretim yapabilir. Amerika Birleşik Devletleri’nde bir hanenin bir yılda tükettiği elektrik 10.000 kWh olarak hesaplanmıştır. Bu durumda 10 kW kapasiteli bir türbin rahatlıkla bir evin ihtiyaçlarını görür.

İdeal koşullar sağlandığında büyük bir rüzgâr türbini yaklaşık 600 haneye yetebilen 1,8 MW elektrik enerjisi üretebilir.

Rüzgâr Enerjisi Kullanım Alanları

Rüzgâr enerjisi kullanım alanları şu şekildedir:

• Rüzgâr enerjisi, tarımsal üretim için ihtiyaç duyulan su pompalama ve tahıl öğütme işlemleri için kullanılabilir. Türkiye’de Urla ve Balıkesir’de bulunan bazı tesisler buna örnek olarak verilebilir.
• Endüstriyel tesislerin elektrik ihtiyacı, şebeke dışında rüzgâr türbinleri ile karşılanabilir.
• Su şebekeleri için verimli kaynaklardan biri rüzgâr enerjisidir. Su depolama ihtiyacı, türbinlerden elde edilen enerji ile karşılanabilir. Bu anlamda su arıtma tesislerinde ve içme suyu üretimi yapan yerlerde kullanılabilir.
• Rüzgâr enerjisi konut alanında sınırlı şekilde kullanılsa da bir hanenin ihtiyaçlarına karşılayacak kadar enerji üretilebilir.
• Bahçe aydınlatmalarında, lojistikte, batarya ve şarj sistemlerinde ve soğutmada rüzgâr enerjisinden yararlanılabilir.
  
  

Rüzgâr Enerjisinin Avantajları Nelerdir?

Rüzgâr enerjisinin avantajları şu şekildedir:

• Rüzgâr enerjisinin en önemli avantajı; tükenmez, yerli ve temiz bir enerji kaynağı olmasıdır. Çevre üzerinde herhangi bir olumsuz etki yaratmadığı gibi fosil kaynaklar nedeniyle meydana gelen karbondioksit ve sera gazı emisyonunu minimize eder.
• Dışa bağımlılığı ortadan kaldırır. Rüzgâr türbinlerinin işletilmesi ülke içinde istihdam yaratır.
• Türbinlerin sökülüp takılması ve bakımlarının yapılması kolaydır. Sökülen bir türbinin bulunduğu arazi yeniden kullanılabilir.

Rüzgâr Enerjisinin Dezavantajları Nelerdir?

Rüzgâr enerjisi santrallerinin dezavantajları arasında aşağıdakiler bulunur:

• 30-40 yıllık rüzgâr türbinleri herhangi bir ek maliyet olmadan kullanılsa da yeni bir türbin inşa etmenin maliyeti yüksektir.
• Rüzgâr enerjisinin birim kapasitesi oldukça düşüktür. Enerji kapasitesinin ortalama %30 kadarı kullanılabilir.
• Rüzgâr enerjisinden elde edilen elektrik enerjisinin sürekli olabilmesi için bu santrallerin hidrolik ya da termik santrallere entegre edilmesi ya da depolama alanlarının kurulması gerekebilir. Bunun nedeni, rüzgâr durduğunda üretimin de durmasıdır. Rüzgâr türbinlerinin şebekeye bağlı çalışması zorunludur ve her türbine bir trafo gerekir.
• Rüzgâr türbinleri yaban hayatı için tehlikeli olabilir. Uçan hayvanların pervanelere çarpıp öldüğü bilinmektedir.

Türkiye'de Rüzgâr Enerjisi Potansiyeli

Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından hazırlanan Rüzgâr Enerjisi Potansiyel Atlası (REPA) raporuna göre, Türkiye’nin rüzgâr enerjisi potansiyeli toplam 47.849,44 MW olarak belirlenmiştir. Bu potansiyel, Türkiye’nin toplam yüzölçümünün %1,30’una denk gelir.

Türkiye’nin 7,5 m/s ve üzeri rüzgâr hızına sahip olan ve yerden 50 metre yükseklikte bulunan alanlarında, kilometre başına 5 MW gücünde rüzgâr türbinleri kurulabilir. Bu değer belirlenirken hem mikro ölçekli rüzgâr akış modelinden hem de orta ölçekli sayısal hava tahmininden yararlanılır.

Lisanslı rüzgâr enerjisine bağlı kurulu güç, 2021 yılı itibarıyla 10.533,90 MW’dur. Bu kurulu gücün toplam elektrik üretimindeki payı ise %11,42’dir. Aynı zamanda, lisanslı rüzgâr enerjisi türbin sayısı bir önceki yıla göre 39 artarak 204 olmuştur.

• Türkiye Toplam Enerjisinin Ne Kadarını Rüzgâr Enerjisinden Karşılıyor?

Türkiye, her yıl artan oranlarla toplam elektrik enerjisi üretiminin bir kısmını rüzgâr enerjisinden karşılar.

2004 yılında bu oran %0,04 iken 2021 yılına gelindiğinde bu oran %9 olmuştur. Yatırımların artması ve rüzgâr türbinlerinin yeni teknolojilerle daha işlevsel hale getirilmesi ile verimlilik artmaktadır.

Türkiye Rüzgâr Gücü Haritası

Marmara Denizi, Akdeniz ve Ege Denizi kıyıları, yalnızca Türkiye’nin değil, dünyanın da rüzgâr potansiyeli en yüksek olan bölgeleri arasında bulunur.

Çanakkale çevresi, Bozcaada ve Gökçeada, Urla, Sinop, Datça ve Bodrum rüzgâr enerjisi üretimi için elverişli koşullara sahiptir. Özellikle Gökçeada’nın rüzgâr potansiyeli Danimarka kıyılarına ve Güney İngiltere’ye denktir. Adriyatik Denizi kıyılarından ise daha yüksek potansiyele sahiptir. Bunların dışında Güneydoğu Anadolu Bölgesi ve Kuzey Anadolu Tepeleri de potansiyeli yüksek bölgeler arasında bulunur.

Rüzgâr Enerjisinin Dünya'daki Durumu

Günümüzde rüzgâr enerjisinden yararlanan 100’ün üzerinde ülke mevcuttur. Dünya genelinde rüzgâr enerjisi kurulu gücünün en çok bulunduğu bölgeler Avrupa, Kuzey Amerika ve Asya kıtalarıdır.

Hindistan, Danimarka, Almanya, İspanya ve Amerika Birleşik Devletleri rüzgâr enerjisi santrallerinden en çok yararlanan ve bu alanda çalışmalar yapan ülkeler arasında bulunur. Ancak 2022 yılı itibarıyla Çin, yaptığı yatırımlarla tüm ülkelerin önüne geçerek rüzgâr enerjisini en çok kullanan ülke haline gelir.

Dünyadaki Önemli Rüzgâr Enerjisi Santralleri

Hava kirliliğinin büyük bir sorun olduğu Çin’de, temiz enerji yatırımları büyük öneme sahiptir. Gansu eyaletinde bulunan ve 8 GW kapasite ile çalışan Gansu Rüzgâr Çiftliği, dünyanın en büyük türbinlerine ev sahipliği yapar.  Bu çiftlik küçük bir ülkeye yetecek kadar elektrik enerjisi üretebilir. Ancak düşük talep nedeniyle santralde üretilen enerjinin büyük bir bölümü kullanılmamaktadır.

Hindistan’da bulunan ve 3.000 türbinden oluşan Muppandal Rüzgâr Enerjisi Santrali, 1.500 MW kapasite ile bölgenin yüksek enerji potansiyelini kullanır. Ülkenin en büyük kara üstü santrali ise Jaisalmer Rüzgâr Enerji Santrali’dir. Küçük ve büyük türbinlerin birlikte kullanıldığı santralin 1.065 MW kapasitesinde temiz enerji üretme potansiyeli bulunur.

Amerika Birleşik Devletleri’nde yer alan Alta Rüzgâr Enerji Merkezi ise Kuzey Amerika’nın en büyük santrali olma özelliğine sahiptir. 3.200 dönümlük bir alanda bulunan santral 1.548 MW enerji kapasitesi ile çalışır.

Rüzgâr Enerjisi Maliyetli Midir? Diğer Enerji Kaynakları ile Karşılaştırma

Rüzgâr enerjisinin kurulum aşamasındaki maliyeti yüksektir. Ancak kurulum aşaması sonrası herhangi bir yakıtın kullanılmaması ve işletme giderlerinin olmaması sebebiyle üretilen elektriğin MW başına maliyeti azalır.

Maliyet belirlenirken ise öncelikle yıllık üretilen elektrik enerjisine ve santralin ilk maliyetine dikkat edilmesi gerekir. Hesaplama yapılırken birim maliyet ve satış fiyatları, nakliye, türbinin tipi ve büyüklüğü, enflasyon, yasal mevzuatlar ve çevresel etkiler de göz önünde bulundurulur.

Yenilenebilir enerji kaynakları; rüzgâr enerjisi, güneş enerjisi, biyokütle enerjisi, hidrolik enerji, jeotermal enerji ve dalga enerjisinden oluşur. 2010-2020 yılları arasındaki dönemde fosil yakıtların yerini almaya başlayan bu kaynaklardan maliyetleri en çok düşenler güneş enerjisi ve rüzgâr enerjisi santralleridir.

Daha düşük maliyetle elektrik üretmenin alternatif yolunu sunan bu kaynaklara her geçen yıl daha fazla yatırım yapılmaktadır. Yenilebilir enerji kaynaklarının daha ekonomik ve çevre dostu olması tercih edilirliğini artırmaktadır.

Rüzgâr Enerjisi Lisansı Nasıl Alınır?

Rüzgâr enerjisi santrali kurulması ve elektrik üretimi için firmaların öncelikle ön lisans için başvurması gerekir.

Ön lisans için istenen kriterlerin sağlanması durumunda üretim lisansı alınabilir. Bu süre içinde ruhsat ve izin işlemleri halledilerek 6446 sayılı kanuna göre üretim yapılabilir.

Lisans alma süreci şu şekildedir:

• Elektrik üretimi için Türk Ticaret Kanunu’na göre bir şirket kurulması
• Çalışma yapılacak sahanın kullanım haklarının alınması
• Rüzgâr ölçüm istasyonlarının kurulması
• Meteoroloji Genel Müdürlüğü tarafından Ölçüm İstasyonu Kurulum Raporu’nun onaylanması ve bu verilerin en az 1 yıl süre ile paylaşılması
• EPDK tarafından istenen belgelerin hazırlanması ve ön lisans için başvurulması
• Enerji İşleri Genel Müdürlüğü tarafından teknik değerlendirmenin yapılması ve EPDK’ya bildirilmesi
• Üretim lisansı alınması
  
  

Lisanslı Ve Lisanssız Rüzgâr Enerjisi Yatırımı Nedir?

Lisanslı ve lisanssız rüzgâr enerjisi yatırımı (RES), 6446 sayılı Elektrik Piyasası Kanunu kapsamında hangi üretimin lisanslı ya da lisanssız yapılabileceğini belirtir. Lisanslı RES’lerde üretilen elektrik ulusal kanallar ile tüketiciye sunulurken lisanssız RES’lerde üretim belirlenen sınırlara göre yapılır.

Siz de rüzgar enerjisi hakkında bildiklerinizi yorumlarda paylaşabilir ya da merak ettiklerinizi bize sorabilirsiniz.