Rüzgar Enerjisi Teknolojisi Ve Türkiye Uygulaması: Akhisar Rüzgar Elektrik Santrali

Abstract

Meteorolojik değişkenlerden olan rüzgar, M.ö.'den başlamak üzere insanoğlu tarafindan enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır, önceleri çiftçiler tarafından daha çok su çekmek için kullanılan rüzgar gücü, yelkenli deniz araçlarında gemiciler tarafından kullanılmıştır. Daha sonraları ise değirmenciler tarafından tahıl öğütme işleminde kullanılan rüzgar gücü aynı zamanda çağlar boyu insanlara ilham kaynağı olmuştur. Bunun örneklerini mitolojiden, şiir ve türkülere kadar her yerde görmek mümkündür. Doğu medeniyetlerinin Batı medeniyetlerine tanıttığı rüzgar enerjisi, sanayi devrimi ile birlikte başlayarak 20. yüzyılın ortalarına kadar popülerliğini yitirmiştir. Petrol, kömür, doğal gaz vb gibi fosil yakıtların kullanıldığı termik santraller daha revaçta olmuştur. Bu santrallerde istenildiği zaman enerji üretilebilmesi rüzgar enerjisinden daha cazip kılmıştır. Fakat fosil yakıtların çevre dostu olmadığı ve tükenebilir olduğu uzun bir süre akıllara gelmemiştir. 1970'li yıllardaki petrol sıkıntısı nedeniyle ortaya çıkan enerji krizi ve gelişen çevre bilinci insanoğlunu yenilenebilir ve çevre dostu temiz kaynaklara doğru itmiştir, işte bu noktada sonra rüzgar enerjisi eski popülaritesini tekrar yakalamıştır. Yeryüzünün zamansal ve uzaysal olarak farklı ısınmasından meydana gelen rüzgar için çok çeşitli bağıntılar geliştirilmiştir. Fakat yapılan çalışmada hepsine değinilmemiştir. Kullanılan WASP (Wind Atlas Analysis and Application Program) modeli jeostrofik rüzgar yaklaşımım kullandığından sadece jeostifık rüzgar ile ilgili bilgi verilmiştir. WASP modeli, Danimarka'da bulunan RISO Ulusal Laboratuvarı'nın Meteoroloji ve Atmosferik Fizik Bölümü'nde geliştirilmiş bir model olup dünyada yaygın bir şekilde kullanılan bir programdır. Bununla beraber, modeldeki birçok değişken kullanıcı tarafından girilmektedir, zira bu değişkenler bölgeden bölgeye değişmektedir. 12 MW (20x600 kW) kurulu gücünde AKRES (Akhisar Rüzgar Elektrik Santrali) için dünyada yaygın bir şekilde kullanılan Bonus, Nordex, Neg-Micon, TackeWind ve Windtec firmalarının rüzgar türbinleri ile elde edilebilecek enerji üretim değerleri kesaplanmıştır. Herhangi bir rüzgar türbininin rüzgardan çıkartacağı enerji miktarı üç ana değişkenin fonksiyonudur. Bunlar, rüzgar hızı, türbinin pervane çapı ve güç eğrisidir. Rüzgar hızı bütün türbinlerde aynı olduğundan burada belirleyici faktör pervane çapı ve güç eğrisi olmaktadır. Yapılan mikrokonuşlandırma ve enerji üretim hesaplamalarında yıllık en yüksek enerji üretimi 41559.20 WWh (= 41.5 GWh) değeri ile Windtec marka rüzgar türbininden elde edilmiştir. Dolayısı ile bölgede 20 adet Windtec marka rüzgar türbini kullanılarak kurulacak rüzgar elektrik santralinden maksimum verim alınacağı bulunmuştur. Windtec rüzgar türbininin diğer türbinlerden daha yüksek enerji üretmesinin temel nedeni ise pervane çapımn büyük olmasıdır. Bölüm 2 'de de açıklandığı gibi, rüzgardan elde edilecek enerji miktarının türbinin çapı ile doğru orantılı olduğu gösterilmiştir. Ayrıca güç eğrisinin diğer türbinlerden daha iyi olduğu xı da Bölüm 6' da gösterilmiştir. Özellikle nominal hıza diğer türbinlerden erken ulaşması ve bu hızın üzerindeki değerlerde de sabitolarak 600 kW üretmesi çok önemli bir avantajdır. Rüzgar potansiyeli belirlemedeki en önemli husus ise verilerin güvenilir olmasıdır. Çünkü rüzgar enerjisi, rüzgar şiddetinin üçüncü dereceden kuvveti ile orantılı olduğundan çok küçük gibi görünen bir düşük veya yüksek rüzgar hız ölçümü hesaplamalarda büyük farklılıklar meydana getirmektedir.

Wind as a meteorological variable has been exploited as energy source by human beings since before Christ. Initially wind power has been used for water withdrawal by farmers but later sailors used it for navigation purposes for sails. This source of energy has become an inspiration source for creative activities of human beings and it has been used also for grinding wheat and other dry agricultural products. Such inspirations are visible even today in the mythological aspects, poems and songs. Eastern civilizations have introduced the wind power to the western societies but its significance has been lost until middle of the twentieth century. Thermic centers have been comparatively very preferred that worked with the oil, coal, natural gas and other fossil energy sources. It was possible to generate energy by these sources at any place and time easily compared to the wind power. However, for a long time nonsustainability and non-friendly nature of these fossil fuels have not been understood. On the other hand, the energy crisis during 1970's have given the necessary alert to the world as for the use of renewable and clean energy resources in addition to the concise of environmental protection. After this date the wind energy has gained its historical significance again as renewable and clean energy source. Due to spatial and temporal heating of the earth's surface the winds are generated and their various formulations are available. Unfortunately, all the relationships have not been mentioned in this thesis. Since the ready software, WASP (Wind Atlas Analysis and Application Program) is based on the geostrophic wind type, this thesis is also concerned with the geostrophic wind. WASP model is widely used all over the world and it has been developed in Denmark at RISO National Laboratories Meteorologic and Atmospheric Physics Department. However, for the adaptation of this model to various conditions there are different numerical parameters and values that can be changed by engineers and researchers. In this thesis, wind power amount has been calculated for AKRES (AKhisar Rüzgar Elektrik Santrali) as the 12 MW(20x600 kW) installation capacity by considering different wind power turbines manufactured by Bonus, Nordex, Neg-Micon, TackeWind and Windtec firms. The wind power from any of these turbines is a function of three variables. These are, firstly, wind speed, turbine propeller diameter and finally, turbine power curve. Since the wind power is the same for any turbine, the major factors for the wind energy generation depending on the turbine technology are the diameter and power curve. After the completion of micrositing and energy calculations it is found that the maximum annual energy at Akhisar is obtainable by the use of Windtec wind turbine with the output of 41559.20 MWh ( = 41.5 GWh). On the other hand, it has been decided that in this region installation of 20 such turbines will produce the maximum energy output. The main reason for Windtec turbine maximum energy output is "due to its xni propeller diameter. As explained in Chapter II, the wind energy amount from any turbine is directly proportional with its diameter. Additionally, the power curve of this turbine is better than others as presented in Chapter VI. Especially, it reaches the nominal velocity after a short time and at speeds greater than this nominal value, it generates 600 kW constantly. The most significant point in the wind energy generation is that the data should be reliable. This is due to the fact that since the wind power is directly proportional with the cube of wind speed, any high or low wind speed measurement will cause to important differences in the energy calculations.