Yüksek İrtifa Rüzgar Türbini Konsepti

Elektrik ve Magnetizmanın eski çağlardan beri bilinmesine karşılık, mekanik ve hidrolik biliminin gelişimini geç tamamlaması, malzeme konusunda karşılaşılan zorluklar nedeniyle elektrik bilimi gelişimi 16.yy’a kadar beklemiştir. Gelişmeye başlayan elektrik bilimi dünyada köklü değişimlere neden olmuş ve insanların yaşamında derin etkiler bırakmıştır.

1672 yılında Otto von Guericke kükürt bir küreyi döndüren bir alet yaptı. Bu alete yün parçasını değdirerek bir kıvılcım elde etti. Bu çığır açacak adımla ilk elektrik generatörü elde edildi. Bu dönemden itibaren insanoğlu elektriği elde etmek için çeşitli makinalar yaptı ve günümüze kadar gelişen teklnoloji ile beraber şimdiki generatör sistemlerine kadar geldi.

Günümüzde enerji olanca varlığı ile dünya politikalarını belirlemekte ve artık enerjinin nasıl üretildiğinin yanında, en ucuz ve en verimli nasıl üretildiğide elektrik biliminin en büyük sorunlarından ve çabalarından biri haline geldi. İnsan gücünden başlayıp, hidrolik,jeotermal,termik,nükleer derken rüzgar ve güneş enerjisinden elektrik elde etmek kaçınılmaz bir hal aldı. Çünkü var olan hazır yakıtların ve kaynakların tüketilmesi dünyamızı yıpratmakta, çevreyi önemli derecede kirletmektedir. Enerji politikalarının artık yenilenebilir enerji üretimine kaydığı da önemli bir noktadır.

Yeni çalışmalardan birini anlatacağım bu yazımda ise rüzgar enerjisini ana tema olarak seçtim. Rüzgar türbininde ki döngü; rüzgarda ki kinetik enerjinin kanatlar yardımıyla mekanik enerjiye dönüştürülüp, elde edilen mekanik enerji ile de generatör üzerinden elektriğin elde edilmesidir.

2008’de kurulan bünyesindeki mühendis,tekniker ve yöneticileriyle Joby Energy gün geçtikçe büyüyen ve gelişen bir kurumdur. Birim olarak elektrik, makine ve sistem mühendisliği, CNC, Bilgisayar bilimi, Kompozit malzeme bölümleri vardır.

Şirket küresel atmosferik rüzgarlar üzerinde kapsamlı analizler yaparak bu rüzgarların potansiyellerini saptadı. Yapılan analizler sonucu yüksek irtifada ki rüzgarlar, yer yüzüne yakın esen rüzgarlara oranla 3-4 kat daha fazla potansiyele sahip. Bu da yüksek irtifadaki rüzgarların keşfedilmemiş bir enerji kaynağı barındırğını ortaya çıkarmıştır.

Yukarıdaki haritada da görüldüğü gibi 400 ft. ve 2000 ft. arasındaki karşılartırmada yüksek irtifa rüzgarlarının sahip olduğu güç yoğunluğu 2-3 kat daha fazladır.

Yüksek irtifa rüzgarlarının bu kadar fazla potansiyele sahip olmasının başlıca nedeni olarak sürtünmenin bu yükseklikte oldukça az olmasıdır. Yeryüzü rüzgarlarına göre yüksek irtifa rüzgarları sadece hava ile sürtünme yaşamaktadır. Bu durum sonucu rüzgar hızının bu yükseklikte 160 km hıza kadar ulaşabildiği görülmüştür.

Konsept aşamasında olan bu sistem rafine edilerek tasarım, yapı ve test aşamalarından oluşmaktadır. Yapılan konsept yüksek irtifada çalışması için son derece teknolojik bir yapıya sahiptir. Yüksek verime sahip olan türbin ölçeklenebilir bir yapının yanısıra üretim ve tasarım için optimize edilmiştir.

Şimdi biraz da sistemin nasıl çelıştığından bahsedelim isternesiz. Sistemin temelinde motor-generatör makinalar yatmaktadır. Türbinin gökyüzüne havalanmasında helikopter benzeri bir yöntem car. Kalkışı sağlamak için motor olarak çalıştırılan sistem şebekeden alına elektrikle tahrik edilir ve gerekli itme sağlanır. Motorların çalışma ve hızını sağlayan sürücüleri, kanatların aerodinamik yapısını kontrol eden çok gelişmiş bir bilgisayar sistemi vardır. Sistemin yeryüzü ile elektriksel ve mekanik bağlantısı halat-iletken karışımı diğer bi adı tether olan kompozit bir malzeme ile sağlanmaktadır.

Yeterli yüksekliğe ulaşan türbin çapraz rüzgarların etkisinde kalarak dairesel bir yörünge üzerinde dönmeye başlar. Motor çalışmanın durdurulup, havanın etkisiyle kanatlar dönmeye başlar ve sistem artık generatör çalışmaya geçmiştir. Yüksek irtifada rüzgar hızının çok fazla olması nedeniyle türbinlerde dişli kutusu kullanılmamaktadır. Bu durum güvenilirlik ve verimliliği de en üst düzeye çıkarmaktadır.

Elde edilen enerji tether aracılığı ile güç istasyonuna iletilir ve oradanda şebekeye verilir.

Aşağıdaki grafikte 400 ft. yükseklikte 2 MW klasik rüzgar türbini ile 2000 ft. yükseklikteki yüksek irtifa rüzgar türbinin karşılaştırılması yapılmıştır.

Grafikten de anlaşılacağı gibi yüksek irtifada ki rüzgar türbini geleneksel türbine oranla iki katı daha fazla bir potansiyele sahiptir.

“Peki sistemin bu kadar verimli ise bu türbinler neden yaygınlaşmıyor ?” gibi bir soru aklımıza gelebilir. Aslında sorun teknolojiye ulaşmanın zorluğu değil, uygulamada karşılaşılan sorunlar. Çünkü askeri, sivil kurumlar bu tür makinaların kendi hava sahalarında sorun yatacağından endişe ediyorlar. Yine de bu sistem önümüzde ki 5-10 yıl içerisinde kendini gösterecektir ve bu sorunlarda ortadan kalkacaktır.

KAYNAK:

www.jobyenergy.com

www.enerjienstitusu.com

Cumali ÖZEL