Rüzgar Enerjisi Nedir?

Rüzgar Enerjisi Makalesi

Rüzgâr gücü, elektrik üretmek için rüzgâr türbinleri, mekaniksel güç için Yel değirmeni, su veya kuyu pompalama için rüzgâr pompaları veya gemileri yürütmek için yelkenler kullanarak rüzgârın kullanışlı formundaki rüzgâr enerjisinin sonucudur. 2009'un sonunda dünya çapındaki rüzgâr güç generatörlerinin kapasitesi 159,2 GW (GigaWatt) idi. Enerji üretimi ise 340 TW (TeraWatt) idi. Bu da dünyada kullanılan elektriğin %2'si anlamına geliyor. Enerji üretimi, 2007, 2008 ve 2009 yıllarında ikişer kat olmak üzere hızlı bir şekilde artıyor. 2008'de Statik (veya durağan) elektrik üretimi Danimarka'da %19, İspanya ve Portekiz'de %13, Almanya ve İrlanda'da %7 olmak üzere bazı ülkelerde (hükümetin desteğiyle) rüzgâr gücü gözle görülür şekilde, hızla artıyor. Türkiye'de çalışmalar yeni yeni başladı. Mayıs 2009 itibariyle 80 ülkede ticari olarak rüzgâr gücü kullanılıyor.
Büyük boyutlu rüzgâr tarlaları, elektrik iletim sistemine bağlanır. Daha küçük tesisler, üretilen elektriği sistemden ayrılan yerlerde kullanır. Bazı şirketler, küçük tesislerde üretilen fazla elektriği satın alıyor. Güç kaynağı olarak rüzgâr enerjisi fosil yakıtlara bir alternatiftir. Çünkü, bol, yenilenebilir, alıcı kitlesi geniş, temiz ve işlem esnasında sera gazı etkisine neden olmamaktadır. Bununla birlikte görüntü kirliliğine ve çevreye verdiği etkilerden dolayı rüzgâr tarlalarını inşa etmek genelde hoş karşılanmıyor. Ekonomik olarak sadece rüzgâr olduğunda kullanılabiliyor olmasından dolayı rüzgâr gücü düzensizdir. Hidrolik güç ve standart yük işletme teknikleri gibi diğer kaynaklar ihtiyaca göre kullanılır. Rüzgârın seyrek aralıklarla esmesi, toplam talepten daha az kaynak sağlandığında bazı problemleri beraberinde getirir. Fakat maliyeti oranı daha azdır.

Tarihçe

İnsanlar yelkenlileri hareket ettirmek ve gemileri yürütmek için en az 5500 yıldan beri rüzgârın gücünden faydalanıyor. Yeldeğirmenleri, sulama işlemi ve tahıl ezmek için 7. yüzyıldan beri Afganistan, İran ve Pakistan'da kullanılıyor. 1887 Haziran ayında İskoç Akademisyen Profesör James Blyth rüzgâr gücü deneylerine başladı ve 1891'de İngiltere'de patent aldı. 1887-88'de Amerika Birleşik Devletleri'nde, Charles Francis Brush rüzgâr güç makinesi kullanarak elektrik üretti. 1900 yılına kadar evinde ve laboratuvarının elektriğini sağladı. 1890'larda Danimarkalı bilim adamı ve mucit Poul la Cour elektrik üretmek için rüzgâr türbinlerini inşa etti. Bu, daha sonra hidrojen üretmek için kullanıldı. Bunlar bugüne gelinceye kadar rüzgârdan nasıl faydalanıldığını gösteriyor. Modern rüzgâr güç endüstrisi 1979'da, Danimarkalı Kuriant, Vestas, Nordtank ve Bonus şirketlerinin rüzgâr türbinlerini seri üretmesiyle başladı. Bunlar bugünkü standartlardan küçüktü ve her biri 20-30 kW'lıktı. Ondan sonra kapasitelerini 7 MW'a çıkarttılar ve birçok ülkeye yayıldılar.

Rüzgar Enerjisi

Rüzgâr enerjisi, rüzgârı oluşturan hava akımının sahip olduğu hareket (kinetik) enerjisidir. Bu enerjinin bir bölümü yararlı olan mekanik veya elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Rüzgârın gücünden yararlanılmaya başlanması çok eski dönemlere dayanır. Rüzgâr gücünden ilk yararlanma şekli olarak yelkenli gemiler ve yel değirmenleri gösterilebilir. Daha sonra tahıl öğütme, su pompalama, ağaç kesme işleri için de rüzgâr gücünden yararlanılmıştır. Günümüzde daha çok elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadır. Fosil, yakıt yöntemlerde atmosfere zararlı gazlar salınmakta, bu gazlar havayı ve suyu kirletmektedir. Rüzgârdan enerji elde edilmesi sırasında ise bu zararlı gazların hiçbiri atmosfere salınmaz, dolayısıyla rüzgâr enerjisi temiz bir enerjidir, yarattığı tek kirlilik gürültüdür. Pervanelerin dönerken çıkardığı sesler günümüzde büyük ölçüde azaltılmıştır. Toprak, kutuplardan ekvatora doğru artış göstererek güneş tarafından eşit olmayacak şekilde ısınıyor. Ayrıca karalar denizlerden daha çabuk ısınır (ve soğur). Isı farkı, global atmosferik ısıyayma sisteminin toprak yüzeyinden stratosfere doğru uzanmasını sağlar. Bu rüzgâr hareketleri sonucunda depolanan enerjinin çoğu, rüzgârın hızının 160 km/s aştığı yüksek rakımlarda bulunabilir. Sonuçta, rüzgâr enerjisi toprak yüzeyinde ve atmosfer boyunca, sürtünmeden yayılmaya kadar her türlü şekle dönüşür. Rüzgârdan faydalanılan gücün toplam miktarı, tüm kaynaklardan kullanılanın yanında devede kulak gibidir. Tahmini 72 TW (TeraWatt) olan toprağın potansiyel rüzgâr gücünden ticari olarak faydalanılabilir.

Rüzgâr hızının dağılımı

Farklı rüzgâr kuvvetleri ve belli bir yerdeki ortalama değer bir rüzgâr türbininin yalnızca orada üretilebilir enerjisinin miktarını göstermez. Belli bir alandaki rüzgâr hızının frekansını belirlemek için, olası bir dağılım fonksiyonu gözlenen veriye göre uyarlanır. Farklı alanlarda farklı rüzgâr hız dağılımı vardır. Weibull modeli birçok yerdeki saatlik rüzgâr hızlarının gerçek dağılımını yaklaşık olarak yansıdır. Weibull faktörü yaklaşık olarak 2'dir ve bu yüzden Rayleigh dağılımı daha az bir doğruluk olarak kullanılabilir, fakat daha basit modeldir. Büyük gücün daha büyük rüzgâr hızı tarafından üretildiğinden dolayı, enerjinin çoğu kısa bir anda ortaya çıkar. 2002 Lee Ranch taslağı, kullanılabilir enerjinin yarısına henüz işlem zamanını %15'inde ulaşıldığını söylüyor. Sonuç, belli bir türbindeki veya rüzgâr tarlasındaki rüzgâr enerjisi, yakıt santrallerindeki gibi sürekli değildir. Rüzgâr gücü üretme, daha tutarlı, çeşitli teknolojilerin mevcudiyetine ve gelişmiş yöntemlere ihtiyaç duyar. Özellikle rüzgâr tarlalarında üretilecek enerjinin dağıtılması için daha güçlü bölgesel iletim hatlarının kullanılması gerekir. Çeşitli problemler, şebeke enerji depolama, pil, enerji talep yönetimi tarafından meydana gelir.

Elektrik Üretimi

Bir rüzgâr tarlasındaki türbinler orta gerilimle güç toplama sistemi ve iletişim ağına bağlıdır (daha çok 34,5 kV). Alt istasyondaki, bu orta gerilim elektriksel akımı yüksek gerilim elektrik iletim hattı sistemine bağlanması için bir transformatör yardımı ile arttırılır.

Şebeke Yönetimi
Rüzgâr gücü için sıklıkla kullanılan indiksiyon generatörler, ikazlama için reaktif güce ihtiyaç duyarlar. Bu yüzden, güç faktörü düzeltme için sağlam kondansatör bankalarını içeren rüzgâr güç düzeltme sistemlerinde şalt sahasına ihtiyaç vardır. Rüzgâr türbin generatörlerinin farklı türleri, şebekeye iletim esnasında farklı davranır. Bu yüzden, yeni bir rüzgâr tarlasının dinamik elektromekanik karakteristiğinin kapsamlı modellemesi, iletim sistemi oparatörlerinin, oluşabilecek sistem hatalarını tamir edebilmesi ve dengeli davranış göstermesi sağlaması için, gereklidir. Özellikle indiksiyon generatörler, buhar ve hidrolik türbin senkron generatörlerin aksine, hata esnasında sistem gerilimini desteklemezler. Çift beslemeli elektrik makineleri -rüzgâr türbinleri ve türbin generatörü ile toplayıcı sistem arasındaki katı hal dönüştürücüleri- şebeke bağlantısı için daha çok tercih edilen özelliklere sahiptir. İletim sistemi operatörleri, sisteme bağlantıyı sağlayan gereçleri belirlemek için şebeke koduna sahip bir rüzgâr tarla geliştiricisi ile bağlantı kurmalıdır. Bu gereçler, güç faktörü, sabit frekans ve sistem hataları esnasındaki rüzgâr türbinlerinin dinamik davranışlarını içerir.

Kapasite Faktörü
Rüzgâr hızının sabit olmadığından dolayı, rüzgâr tarlasının yıllık enerji üretimi, generatör üzerindeki etikete yazılan saatlik değerlerin bir yıldaki toplam saatle çarpılması sonucu çıkan değer ile hiçbir zaman aynı olmaz. Bir yıldaki gerçek üretim değeri teorik olarak maksimum değer olan kapasite faktörü olarak adlandırılır. Tipik olarak kapasite faktörü %20 ile 40 arasındadır. Örneğin, kapasite faktörü %35 olan 1 MW'lık bir türbin, yılda 8760 MWh (1*24*365) üretmez. Sadece 1*0,35*24*365= 3066 MWh üretir. Yakıt santrallerinin aksine kapasite faktörü rüzgârın doğal özelliğiyle sınırlıdır. Diğer tür güç santrallerin kapasite faktörü, daha çok yakıt maliyetine dayalıdır. Küçük bir miktarı bakım masraflarını oluşturur. Nükleer santrallerin yakıt maliyeti düşüktür ve bu yüzden %90 gibi bir verim ile çalışır. Yüksek yakıt maliyetine sahip santraller geri dönüşüme döndürüldü. Yakıt olarak doğal gaz kullanan gaz türbini işletim için çok pahalıdır ve sadece enerji ihtiyacının en yoğun olduğu zaman çalıştırılır. Bir gaz türbin santralinin yıllık kapasite faktörü, yüksek enerji üretim maliyetinden dolayı %5 ile 25 arasındadır.

Etki
Rüzgâr enerji "etki"si, rüzgâr tarafından üretilen enerjinin, generatörün kullanılabilir toplam kapasitesi ile karşılaştırılmasıdır. Genellikle rüzgâr etkisinin "maksimum" seviyede olduğu kabul edilir. Belirli şebekedeki sınır var olan üretim santrallerine, mekanizmaların fiyatına, arz-talep yönetimine için verime ve diğer faktörlere bağlıdır. Bağlı bir elektrik şebekesi, donanım başarısızlıkları için zaten ters besleme ve iletim verimini içerir. Bu ters verim, rüzgâr santrallerinde üretilen gücü düzene koymaya da yardımcı olabilir. Çalışmalar tüketilen toplam elektrik enerjisinin %20'sinin en az zorlukla birleştirilebileceğini gösterdi. Bu çalışmalar çoğrafik olarak çeşitli yerlerdeki rüzgâr tarlalarında, kullanılabilir enerjinin bir kısmında, arz-talep yönetiminde, büyük şebeke alanlarında yapıldı. Bunlardan başka birkaç tekniksel sınırlama da vardır. Fakat ekonomik dengesizlikler daha da önem arzediyor. Şu anda, birkaç şebeke sistemindeki rüzgâr enerjisinin etkisi %5'in üzerindedir: Danimarka (%19'un üzerinde), İspanya ve Portekiz (%11'in üzerinde), Almanya ve İrlanda Cumhuriyeti %6'nın üzerinde). Örneğin, 8 Kasım 2009'un sabah saatlerinde, İspanya'daki elektrik arzında, ülkenin elektriğinin yarıdan fazlası rüzgâr enerjisinden sağlandı. Bu durum şebekede hiçbir sorun teşkil etmedi. Danimarka şebekesi, Avrupa şebekesiyle büyük oranda bağlantılıdır. Rüzgâr gücünün yarıdan fazlasını Norveç'e göndererek şebeke yönetimi problemlerini çözmüş oldu. Elektrik gönderimi ve rüzgâr gücü arasındaki ilişki çok sıkıdır.

Kesintiler ve Etki Sınırları
Rüzgâr gücünden üretilen elektrik, birkaç farklı zaman aralığında, saatlik, günlük ve mevsimlik olarak yüksek oranda değişebilir. Yıllık değişim de vardır. Değişim rüzgâr santral çıkışının predictability nin saatlik veya günlük kısaltmasıyla ifade edilir. Diğer elektrik kaynakları gibi rüzgâr enerjisi "tarife"lendirilmelidir. Rüzgâr gücünde tahmini yöntemler kullanılır. Fakat rüzgâr santral çıkışının predictability kısaltma işleminde düşük kalır. Çünkü ani elektrik üretim ve tüketimi, şebeke kararlılığını koruması için dengede kalmalıdır. Bu değişim dayanıklılığı, sağlanabilir şebekedeki rüzgâr gücünün büyük oranlardaki değişimlerine karşı koyabilir.

Rüzgar Gücü Kullanımı

2009 itibariyle %48'lik bölümü Avrupa'da olan 157.899 MW'lık toplam kurulu güç kapasitesi vardır. Bu güç, binlerce rüzgâr türbininden üretiliyor. Dünyada rüzgâr üretim kapasitesi 2000 ile 2006 yılları arasında dört kattan daha fazla arttı. Kurulu rüzgâr gücünün %81'i Birleşik Devletler ve Avrupa'dadır. En büyük üretici olan beş ülkenin 2004'de %71'lik, 2006'da %62'lik ve 2008'de %73'lük payları vardır. Bu ülkeler; Birleşik Devletler, Almanya, İspanya, Çin ve Hindistan'dır. Dünya Rüzgâr Enerji Birliği, dünya çapında 2006 sonunda 73,9 GW olan kurulu gücün, 2010 itibariyle 160 GW olacağını bekliyor. Bu da yıllık %21'lik bir artış demek oluyor. Danimarka'da üretilen elektriğin hemen hemen beşte biri rüzgârdan sağlanıyor -diğer ülkelerden en yüksekdir-. Dünyada toplam rüzgâr güç üretiminde onuncudur. Danimarka imalat göze çarpan ülkedir. 1970'lerde rüzgâr türbinlerini kullanmaya başladı. Son yıllarda Birleşik Devletler şebekesine, güç kapasitesini 2007'de %45 arttırarak 16,8 GW'lık enerjiyi şebekesine ekleyerek, Almanya'nın 2008'deki kurulu gücünü geride bıraktı. Böylece diğer ülkelerden daha fazla rüzgâr enerjisini şebekesine eklemiş oldu. Kaliforniya, modern rüzgâr güç endüstrisinde patlama gösterenlerden birisidir. Kurulu güçte birçok yıl Birleşik Devletlere önderlik yaptı. Ta ki 2006'nın sonunda Teksas liderliği eline alıncaya kadar. 2008 sonunda 7.116 MW'lık kurulu gücü vardır. Bu da eğer ülkeden ayrı olarak düşünürsek dünyada altıncı sıraydı. Birleşik Devletler rüzgâr güç üretiminde Şubat 2006'dan Şubat 2007'ye kadar %31,8 büyüdü. Ortalama bir MW'lık rüzgâr gücü, yaklaşık 250 Amerikan hanesinin elektrik tüketimine eşittir. Amerika Rüzgâr Enerji Birliği kayıtlarına göre 2008'de rüzgârdan elde edilen elektrik %1'lik haneyi (4,5 milyon haneye eşdeğerdir) kaplıyorken, 1999'da sadece %0,1'lik haneyi kaplıyordu. Çin 2020'deki yenilenebilir enerji kaynaklarındaki üretim hedefini 30.000 MW olarak açıkladı. Fakat 2009 sonu itibariyle 22.500 MW'a ulaştı ve böyle giderse 2010 sonu itibariyle 30.000 MW'ı geçmesi hiçte zor değil. 2020'de öngörülen değer 253.000 MW'ı aşacak gibi. Çin yenilenebilir enerji kanunu Kasım 2004'de kabul edildi. Ardından Dünya Rüzgâr Enerji Konferansı Çin tarafından düzenlendi ve Dünya Rüzgâr Enerji Birliğine katıldı. 2008'de rüzgâr gücü hükümetin planladığından ve diğer büyük ülkelerden daha hızlı büyüdü. 2005'den itibaren her yıl iki kattan daha fazla artış gösterdi. 2010 itibariyle öngörülen kurulu kapasite 20 GW'a yakındır. Hindistan, 2009 yılında 10.925 MW'lık toplam rüzgâr güç kapasitesiyle dünyanın beşinci büyük ülkesiydi. Bu da, Hindistan'da üretilen toplam elektriğin %3'üne denk geliyor. Kasım 2006'da Yeni Delhi'deki Dünya Rüzgâr gücü Konferansı, Hindistan rüzgâr güç endüstrisine ek ivme kazandırdı. Tamil Nadu şehrinin Muppandal köyü yakınlarında birkaç rüzgâr türbin tarlası vardır ve burası Hindistan'daki büyük rüzgâr enerji merkezlerinden biridir. Meksika, tüketilen fosil yakıtlarının azaltmaya yönelik olarak son zamanlarda La Venta II rüzgâr güç projesini başlattı. 88 MW'lık proje Meksika'nın ilk rüzgâr üretim girişimidir ve Oaxaca şehrinin elektrik ihtiyacının %13'ünü karşılayacak. 2012'de proje 3.500 MW'a çıkacak. Sempra Enerji, Baja Kaliforniya'da en az 1000 MW'lık bir projeyi 5,5 milyar dolarlık maliyetle gerçekleştireceğini duyurdu. Büyüyen diğer pazar Brezilya, 143 GW'lık potansiyele sahip rüzgâr gücü bulunuyor. Güney Africa, Olifants Nehri açıklarının kuzeyindeki Koekenaap kasabasının yakınında Batı Cape şehrindeki Vredental'ın doğusunda Batı Sahilinde bir istasyon kurdu. Toplam çıkış gücü 100 MW'tır. Bu kapasiteyi ikiye katlamak için görüşmeler yapılıyor. Fransa, 2010 itibariyle 12.500 MW kurulu güce sahip olmayı hedefliyor. Kanada rüzgâr kapasitesini 2000 ile 2006 arasında hızlı bir şeklide arttırarak 137 MW'dan 1451 MW'a çıkarttı. Bu da yıllık %38'lik bir büyümeye denk geliyor. Özellikle en hızlı büyüme 2006'da görülerek 2005 sonundaki 684 MW'lık üretimi ikiye katladı. Bu büyüme, yükleme hedefleri ekonomik teşvik ve politik destekle beraber beslendi. Örneğin, Ontario eyaleti rüzgâr gücü için vergi indirimine gitti...

Dünyadaki Durum
Rüzgâr Gücü, dünyada kullanımı en çok artan yenilenebilir enerji kaynaklarından biri haline gelmiştir. Günümüzde dünyadaki kullanım oranının çok düşük olmasına karşılık, 2020 yılında dünya elektrik talebinin %12'sinin rüzgâr enerjisinden karşılanması için çalışmalar yapılmaktadır. Günümüzde rüzgâr enerjisinden üretilen toplam güç 159.213 MW civarındadır. Dünya'da rüzgârdan enerji üretiminin %36,3'ü Almanya'da gerçekleştirilmektedir. Almanya toplamda 14.612 MW güç üretmektedir ve Almanya'nın elektrik enerjisi ihtiyacının % 5,6'sını karşılamaktadır. Rüzgâr gücünden en çok yararlanan diğer ülkeler sırasıyla İspanya, ABD, Danimarka, Hindistan, Hollanda, İtalya, Japonya, Birleşik Krallık ve Çin'dir. Diğer tüm ülkeler toplamda 3.756 MW'lık güç üretimi ile % 9,3 paya sahiptirler.