Rüzgar Kuleleri
Rüzgar türbinlerinin en önemli bileşenlerinden biri nasel, motor ve kanatları taşıyan türbin kulesidir. Büyük rüzgar türbinleri için kuleler, boru şeklindeki çelik kuleler, kafes kuleler veya beton kuleler şeklinde üretilebilmektedir. Gergi borulu kuleler ise sadece düşük kapasiteli RES projeleri için üretilen küçük rüzgar türbinleri için kullanılmaktadır.
Birçok büyük rüzgar türbini, her iki ucunda flanşlı 20-30 metrelik bölümler halinde üretilen ve sahada birbirine cıvatalanan boru şeklindeki çelik kulelerle üretilmektedir. Bu tip kuleler, mukavemetlerini artırmak ve aynı zamanda malzeme tasarrufu sağlamak için konik şekilde tasarlanmaktadır. Günümüzde en yaygın kule tiplerinden biridir.
Bir diğer kule modeli ise kafes tipi kulelerdir. Bu kuleler kaynaklı çelik profiller kullanılarak üretilmektedir. Kafes kulelerin temel avantajı maliyettir, çelik borulu kulelere göre çok daha az malzeme içermektedir. Fakat ilk üretikdiği yıllardan itibaren estetik görünümleri her zaman tartışma konusu olmuştur. Ayrıca, çelik borulu kuleler gibi dayanıklı ve uzun ömürlü değildirler. Günümüzde bu türden kulelerin kullanımı genellikle tercih edilmemektedir.
Rüzgar türbini kulelerinin fiyatları, genellikle türbinin toplam maliyetinin yüzde 20’si civarında olmaktadır. Bu nedenle, kuleleri mümkün olduğunca optimum şekilde inşa etmek, nihai enerji maliyeti açısından oldukça önemlidir. Her ne kadar artık çok fazla kullanılmasa da kafes tipi kuleler, tipik olarak boru şeklindeki bir çelik kule için kullanılan çelik miktarının yaklaşık yarısını gerektirdiğinden, üretimi en ucuz olanıdır. Kule seçimini ve inşasını etkileyen bir diğer konu da aerodinamiktir. Rüzgar hızları yerden uzaklaştıkça arttığından, genellikle arazisi engebeli olan alanlarda yüksek bir kule kullanmak bir avantaj olmaktadır.
Kulelerin yapısal tasarımlarını ineleyecek olursak yine uzun kulelerin daha avantajlı olduğunu görürürz. Kısa kulelere sahip türbinlerdeki rotor kanatları, rotor kanadı üst ve alt konumundayken çok farklı rüzgar hızlarına ve dolayısıyla farklı bükülmelere maruz kalacak ve bu da türbin üzerindeki yorulma yüklerini artıracaktır. Günümüzde yüksek kapasiteli rüzgar enerjisi santrallerinde sürekli uzun kuleli türbin kullanılmasının bir sebebi de yapısal dayanımlardır.
Büyük ve Küçük Rüzgar Türbinleri
Diğer parametreler aynı kalmak şartıyla bir rüzgar türbinin boyutları (kule, rotor, kanat vs) rüzgar türbini ne kadar büyükse üretim kapasitesi de o kadar yüksek olmaktadır. Rotorun kapladığı alan genellikle bir yılda ne kadar enerji üretebileceğimizi belirlemektedir. Bir örnek vermek gerekirse, ortalama 500 – 600 kW elektrik jeneratörüne sahip tipik bir türbin, yaklaşık 40 – 50 metrelik bir rotor alanına sahip olmaktadır. Rotor çapı iki katına çıkarırsak dört kat daha büyük bir alan elde edebiliriz ve bu da rotordan dört kat daha fazla güç çıkışı edebileceğimiz anlamına gelir.
Rotor çapları sadece kapasite odaklı belirlenmemektedir. Çünkü birçok üretici türbinlerini yerel rüzgar koşullarına göre optimize etmektedir. Örneğin, daha büyük bir jeneratör dönebilmek için daha fazla güce yani kuvvetli rüzgarlara ihtiyaç duyar. Bu nedenle, düşük rüzgar alanına sahip bir bölgeye kurulum yapılırsa, belirli bir rotor boyutu için oldukça küçük bir jeneratör kullanarak yıllık verim en üst düzeye çıkarılabilir. Düşük rüzgarlı bir alanda, daha küçük bir jeneratörden daha fazla verim alabilmenizin nedeni, türbinin yıl boyunca daha fazla çalışmasıdır.
RES kurulumlarında büyük rüzgar türbini seçilmesinin en önemli nedenlerini şöyle sıralayabiliriz:
- Rüzgar türbinlerinde ölçek ekonomileri vardır, yani daha büyük türbinler genellikle daha küçük türbinlerden daha düşük maliyetle elektrik sağlayabilir. Bunun nedeni, yol yapımı, elektrik şebekesi bağlantısı ve ayrıca türbindeki bazı bileşenlerin (elektronik kontrol sistemi vb.) maliyetinin, türbinin boyutundan çoğunlukla bağımsız olmasıdır.
- Daha büyük türbinler, özellikle açık deniz rüzgar enerjisi için çok uygundur. Temellerin maliyeti, makinenin boyutuyla orantılı olarak artmaz ve bakım maliyetleri, büyük ölçüde makinenin boyutundan bağımsızdır.
- Birden fazla türbin için yer bulmanın zor olduğu alanlarda, yüksek kuleli büyük bir türbin mevcut rüzgar kaynağını daha verimli kullanır.
Küçük türbinler ise genellikle şu nedenlerden dolayı tercih edilir:
- Yerel elektrik şebekesi, büyük bir türbinden gelen elektrik çıkışını kontrol edemeyecek kadar zayıf olabilir. Bu durum genellikle elektrik şebekesinin düşük nüfus yoğunluğuna ve bölgede az elektrik tüketimine sahip şehirden uzak bölgelerde karşımıza çıkabilir.
- Birkaç küçük türbinden oluşan bir rüzgar santralinden gelen elektrik çıkışında genellikle daha az dalgalanma olur. Çünkü rüzgar dalgalanmaları rastgele meydana gelir ve bu nedenle birbirini sönümleme eğilimindedir. Yine de daha küçük türbinler, zayıf bir elektrik şebekesinde bir avantaj sunabilir.
- Büyük vinçler kullanmanın ve türbin bileşenlerini taşıyacak kadar güçlü bir yol inşa etmenin maliyeti, bazı alanlarda daha küçük türbinleri daha ekonomik hale getirebilir.
- Birkaç küçük türbin, yıldırım düşmesi gibi olaylar nedeniyle geçici makine arızası durumunda riskin azalmasını sağlar.
