Rüzgar Enerjisi İle Elektrik Üretimi

Rüzgar Enerjisi İle Elektrik Üretimi Nasıl Yapılır,
rüzgar enerjisi ile elektrik nası üretilir,
rüzgar enerjisi ile elektrik üretmek,

Rüzgar Enerjisi İle Elektrik Üretimi

Rüzgar enerjisinin kaynağı güneştir Güneşin, yer yüzeyini ve atmosferi farklı derecede ısıtmasından rüzgar adı verilen hava akımı oluşur Dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisinin yalnızca ufak bir bölümü rüzgar enerjisine çevrilir

Rüzgar enerjisinin özellikleri genel olarak şunlardır:

1) Atmosferde bol ve özgür olarak bulunur
2) Yenilenebilir ve temiz bir enerji kaynağıdır
3) Enerjisi hızının küpü ile orantılıdır
4) Yoğunluğu düşüktür
5) Enerjisinin depolanması, başka bir enerjiye çevrilmesi ile mümkündür Çevre kirliliği yaratmaz

SINIFLANDIRMA: Rüzgar – enerji dönüşüm ( INKAR ) sistemleri aşağıdaki üç esas faktöre tabi olarak sınıflandırılabilir


1) Çıkış türü
aDürüst cereyan
b Akışkan frekans, değişke veya değişmez gerilim, alternatif eğilim
c Değişmez frekans, akışkan veya sabit gerilim, alternatif akım
2)Rüzgar türbininin dönme hızı
a Değişken kanat açısı ile sabit sürat
b Basit açı değiştirici mekanizmaları ile takriben değişmez sürat
c Sabit kanat açısı ile sıvı sürat
3)Elektrik enerji çıkışından faydalanma şekli
a Akü gurubunda depolama
b Öteki şekillerde depolama
c Konvansiyonel şebeke sistemine bağlantı


RÜZGAR TÜRBİNLERİ

Rüzgar türbinleri hareket halindeki havanın enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren makinalardır bu nedenle rüzgardan elektrik üretimi rüzgar enerjisi uygulamalarının temel yöntemlerinden biridir
Hareketli havadan mekanik enerji biçiminde elde edilen enerji, yerinde bir kaplin ve dişli kutusu içeren mekanik aktarıcı aracılığıyla elektrik generatörüne aktarılır Generatörden elektrik çıkışı, uygulamaya tarafından bir yüke ya da zor şebekesine bağlıdır
Bu cins istemde kullanılan denetim cihazı bir yada daha artı noktada rüzgar hızı ve yönü, eksen hızları ve torkları (döndürme momenti ), çıkış gücü ve gerekliyse generatör sıcaklığını algılayarak kanat açısı kontrolü, yön kontrolü (sadece yatay eksenli makinalarda )yerine getirmek ve rüzgar enerji girişi ile elektrik çıkışını eşlemek nedeniyle generatör kontrolü için uygun sinyalleri üretir Ayrıca adaleli rüzgar, sonucunda oluşan aşırı koşullardan, elektriksel arızalardan, genaratör aşırı yüklenmesi gibi koşullardan sistemi korur
Rüzgarelektrik sistemlerinde rüzgardan alınabilen güçten elektriksel güç çıkışına dek olan bütün dönüşüm verimi %2535 aralığındadır

Uygulamadaki sistemlerde optimum nominal (bütün yükte ) rüzgar hızının saatlik hızın takvim ortalamasına oranı yöreye, rüzgar rejimine ve uygulanan tasarım yöntemine alt olarak 125 ile 25 değerleri arasında değişir Yıllık enerji çıkışı, yıllık sıradan rüzgar hızını kullanarak yapılan hesaplarda elde edilen enerjinin 1 ile 16 katı arasında olacaktır


Elektrik enerjisi olmak için kullanılan rüzgar türbinleri, bir iki veya üç kanadı olan yüksek hızda çalışan makinalardır Yüksek hızda çalışma nedenleri;
# Eşdeğer çaptaki yüksek çabuk bir rüzgar türbini düşük seri türbinden daha hafif, dolayısıyla daha ucuzdur
# Dönme hızları yüksek olduğu için zorunlu çevrim oranı daha düşüktür böylece dişli kutusu daha hafiftir
# Elektrik generatörlerinin çalışmaya geçmesi için zorunlu başlangıç torku küçüktür Seri bir rüzgar rotorunun başlatma torku fazla minik de olsa, generatörü kolaylıkla harekete geçirir Dolayısıyla yüksek çabuk rüzgar türbinleri bu tatbik için son derece uygundur

Türbin kanatları değişmez veya akıcı açısal olurlar Bazı tasarımlarda rotor frenlendiğinde açıyı arttıran özel bir regülatör kullanılarak başlatma kolaylaştırılır
Değişmez kanat açısal yüksek süratli rüzgar makinalarında, generatör başlangıç sırasında motor gibi davranır ve dönme hızı nominal hıza ulaştığında generatöre dönüşür
Regülatör sistemleri olmayan rüzgar rotorları da vardır Bu cins rüzgar rotorlarının çalışmaya başlaması özellikle makinanın yıldız0 gönder hız oranı yüksekse daha zordur Bu gibi makinalarda burulmuş kanatlar seçim edilir
Çoğunlukla, rüzgar rotoru bir dişli kutusu üzerinden elektrik generatörünü sürer Dişli yapımında ortaya meydana çıkan gelişmeler ve düşük hızlı elektrik generatörlerinin maliyetinin yüksek olması, minik sistemler dışarıda rotorun generatör göre aracısız sürülmemesi eğilimine yol açmaktadır
Rüzgar rotoru kuleye up – wind ( rüzgarı önden alan ) veya down – wind ( rüzgarı arkadan bölge ) olarak yerleştirilebilir Birinci durumda kalkış etkisinden kaçınılır, ikinci durumun avantajı ise açılış torku düşük olduğu için yön bulgu motorunun gücünün azalmasıdır

REGÜLASYON SİSTEMLERİ

Uygulanan elektriksel sistem ne olursa olsun, bahşedilen gücün mekanik regülasyonun yapılması gereklidir Bu regülasyon ya kanatların ayrılmasıyla veya aerodinamik frenle yapılabilir

Frekansı generatörün kendisi tarafından düzenlenen bir doğru akıntı generatörünü veya bağımsız bir şebekeyi besleyen bir alternatörü süren rüzgar türbinleri takometre kullanılarak regüle edilebilir

Akışkan açılı kanatları olan ve sabit frekansta bir şebekeyi besleyen rüzgar generatörleri için baskı regülasyonu yerine getirmek daha iyidir Mekanik hız regülatörü kuvvet çıkışının sınırlanmasına da yardımcı olacak ve generatör şebekeden ayrıldığı süre hız sınırlamasını da sağlayacaktır

Sabit frekanslı bir şebekeyi besleyen sabit kanatlı makinalar için sürat regülasyonu zorunlu değildir Çünkü rüzgar rotorunun dönme hızını şebeke belirler Bu durumda zorlama regülasyonu eş zamanlı olarak meydana kazanç Yani dönme hızı sabit olduğundan rüzgar hızı arttığı vakit uçhızı düşer Böylece verim azalır ve direkhızı değişmez bir değerde olduğundaki değin artı şiddet elde edilemez Zor sınırlaması kanadın gönder bölgelerinin kendi frenleme noktalarına yakın çalışmasından nedeniyle ortaya çıkar

bununla birlikte eğer generatör şebekeden ayrılmışsa sürat artışından sakınmak için sabit kanatlı bir makinaya frenleme sistemi hazırlamak gereklidir: mile mekanik bir fren ve kanat uçlarına da aerodinamik fren sistemi

Bağımsız değişmez kanatlı makinalarda regülasyon, kuvvet artışını rotasyonel hızın küpü ile karşılayan hiper kompunt generatörler paralelinde elektronik kontrollü akıcı elektrik dirençler bulunan bir yükü besleyen ve sabit kapasitörlerle paralellenmiş olan indüksiyon generatörü ile sağlanabilir

ENERJİ DEPOLAMA

Rüzgar gücü yamalı bir enerji kaynağıdır bu nedenle enerji depolama gereklidir Öyle fazla depolama yolu vardır, ama hiç birisi mükemmel değildir

Isıl Depolama: Isıl depolama çoğu şekillerde olabilir Bunlar su ısıtma, çakıl taşı ve taşların izole bir tank içinde ısıtılması ya da daha önceki durumlarına dönerken aldıkları ısıyı geri verebilen maddelerin eritilmesi biçiminde olabilir Depolanan ısı daha sonra etraf ısıtılmasında kullanılır

Su Pompalama: Bazı hidrolik şiddet tasarımları için kullanılan bu sistem rüzgar enerji dönüşüm sistemleri için şimdiye değin hiç kullanılmamıştır Su yüksekteki bir tanka ya da reservuara pompalanır ve sonra enerji ihtiyacı olduğunda bir türbini döndürmek için kullanılabilir Verimliliği %60 ile %80 arasındadır

Atalet Depolama: Çabuk dönen volanlar ( flywheel ) ile enerji depolama yeni bir akıl değildir Son zamanlarda karma malzemelerden ( metal + polyester + reçine ) volanlar yapılmıştır aynı zamanda enerji depolama olanakları sınırlı kalmıştır Çünkü muhakkak bir dönme hızının ötesinde volan parçalanabilmektedir Magnetik yataklar üzerine yerleşmiş 15000 dd tez dönen bir volana 24 saat süreyle 400 WH kg ‘lık depolama yerine getirmek kurumsal olarak mümkündür Sistemin verimi ( bitmiş depolanan enerji tüketilen enerji ) mükemmeldir Yaklaşık % 80 dir

Sıkıştırılmış Hava Depolama: Bu depolama türünde sıkıştırılmış hava bir depoya ya da kemerli bir yeraltı odasına basılır Bu hava sonra mekanik enerji almak amacıyla ya bir kompresöre yada içten yanmalı türbine gönderilir Her birinin verimi sırası ile %60 ve %80 dir

Hidrojen Depolama: Hidrojen, rüzgar türbini göre üretilen dürüst akımla suyun elektroliz edilmesi ile elde edilir Hidrojen sonradan sıkıştırılır ve silindirlere, veya düşük basınçta gaz tutucularda depolanarak ısıtma, yemek yemek pişirme veya bir motoru çalıştırmakta kullanılabilir Diğer bir yol, sıkıştırıldıktan daha sonra gerektiğinde kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine aracısız olarak dönüştüren yakıt hücrelerine hidrojen vermektir Verimlilik %60 ile %70 dir

Akümülatörler: Enerji depo etme için yaygın olarak kullanılır En iyi bataryalar kurşun asit akümülatörlerdir Bunlar derece derece sıkıntı için fazla uygundur Elektriksel çıkışın miktarı, verimliliği az çok %80 %90, enerji %70 %80 arasındadır Büyük tesisler için kalın plakalı bataryalar kullanılır Küçük tesisler için traksiyoner akümülatörler yeterlidir Akülerin tez bozulmasının belli başlı nedenleri fazla sıkıntı, fazla deşarj ve uzun süre manâsız durumda bırakmaktır Nikel kadmiyum bataryalar öğüt edilmez çünkü küçük güçlerde verimleri çok düşüktür ve kurşun asit bataryalarınkinden daha azdır Bunun yanına ne fazla şarjdan ne de baştan savma aşırı deşarjdan etkilenmezler, kendi kendine deşarj olmazlar ve kurşun asit tipe tarafından soğuktan daha eksik etkilenirler

ELEKTRİK ÜRETİMİ

Rüzgar enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümünün bir çok avantajı vardır Bu avantajların en manâlı üç parça başına şunlardır:
1) Generatör fazla geniş bir alan üstünde yüksek verimlilik, güvenilirlik ve çok az bakım ihtiyacı ile tasarımlanabilir
2) Üretilen enerji başvuru noktasına diğer kaynaklara kadar daha yüksek verimle ve daha düşük maliyetle iletilebilir
3) Elektrik enerjisi diğer formlara daha basit getirilebilir, modüle edilebilir ya da çevrilebilir

ŞEBEKEYE BAĞLANTI:

Rüzgardan elde edilen elektrik enerjisini mevcut konveksiyonel elektrik şebekesine bağlantısına çoğunlukla rüzgar gücünün büyük geçici değişimlerine ve bu dalgalanmaların minik tahmin edilebilirliğine emrindeki olan bir takım önemli sorunlar ortaya çıkar

Bölgesel veya ulusal şebekeden istek edilen baskı, elektrik kuvvet talebinin yapısı tarafından belirlenir Bu istek günün saatleri, haftanın günleri ve mevsimlerle değişen bir yapı ister bununla beraber bu gücün her zaman sabit frekansta ( 50 HZ ) ve istikrarlı gerilimde olması gereklidir Bu talebin en önemli kısmı genellikle değişmez gerilim ve frekansta oldukça kararlı ve değişmez baskı veren büyük konvansiyonel elektrik santralleri tarafından sağlanır (bazı önem santralleri ) Şiddet talebindeki değişimler orta ve pik tartı santrallerinin devreye alınması ile dengelenebilir

Fiilen defalarca için baz tartı santralleri enerjinin büyük bölümünü ve ataletleri yüksek olduğu için gerilim ve frekans kararlılığını sağlar Orta ve pik önem santralleri ise enerji kaynağı ve talebin defalarca için uyumlandırılmasını sağlar, keza hidroelektrik santraller de frekans düzenlemesi için safha düzeltici olarak kullanılabilirler

Rüzgar santrallerindeki şart ise farklıdır Rüzgardaki büyük dengesiz değişimler nedeniyle, tek rüzgar türbini stokastik bir enerji kaynağı gibi görülmelidir Dolayısıyla bir türbin elektrik şebekesine bağlandığı vakit ortaya meydana çıkan sorunlar ikiye ayrılabilir

GERİLİM VE FREKANSIN SABİTLEŞTİRİLMESİ:

Rotorun savrulma momenti etkisi, saniye ve dakika süresindeki dalgalanmaları düzenler, ayrıca eğer bir elektrikelektronik regülatör , generatörün frekans ve gerilim çıkışını sabit tutuyorsa, rotorun devir sayısındaki %10 ile %15 arasındaki küçük değişimler de kabul edilir Bu durumda sadece üretilen cereyan dolayısıyla üretilen zor değişir Bu frekans ve gerilimi arttırmak veya devirmek için rotorun yönü ya da alan bobini fazının dönmesini, elektronik olarak yoklama edilmesiyle başarılabilir

Türbin ve generatör emin bir nominal rüzgar hızına (Vnom ) göre tasarımlanır Bu hız türbinin tesis edidiği yerdeki türbinin etkinlik merkezi seviyesindeki yıllık sıradan rüzgar hızı değerine tarafından seçilir Vnom ’dan daha yüksek hızlar için rotorun verimi, ya kanat profilinin aerodinamik karakteristiği ile veya rotor kanatlarının gelme açısının mekanik olarak değiştirilmesi ile aşağıya dürüst ayarlanır Bu Nedenle nominal sürat ve çıkış gücü, kabul edilen bant genişliği arasında kalacaktır *