Yazar: Utkucan Kaya Düzenleyen: Ümit Sözbilir
Rüzgar enerjisi, rüzgar gücünün elektrik enerjisine dönüştürülmesi ile elde edilir. Bu dönüşümün gerçekleşmesini sağlayan rüzgar türbinlerinin ortalama verimi %35 ile %45 arasında değişmektedir.
Rüzgar enerjisinin nasıl ve niçin üretildiğini anlamak istiyorsak önce rüzgarı ve rüzgar gücünü anlamamız gerekir.
Rüzgar, dünyamızda meydana gelen sıcaklık değişimleri sonucunda atmosfer tabakasında oluşur. Isınan havanın düşük basınç ile birlikte yükselmesi, soğuk ve yüksek basıncı olan havanın ortama girmesine sebep olur. Böylelikle ortamdaki hava basıncı eşitlenmeye çalışılırken bir hava akışı meydana gelir ve rüzgar oluşur.
Rüzgar türbinlerinin kullanım amacı da havada oluşan bu hareket enerjisini elektrik enerjisine çevirmektir. Buna bağlı olarak rüzgar türbinleri, rüzgarın yeterli olduğu bölgelerde kurulmalıdır. Rüzgarın yetersiz olduğu bölgelere rüzgar türbinleri yapılması durumunda türbinlerin kanatları hareket etmeyecek ve elektrik enerjisi elde edilemeyecektir. Bu yüzden rüzgar türbinlerinin kurulduğu bölgeler sistemin verimliliği açısından oldukça önemlidir.
Rüzgarın sahip olduğu kinetik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülme miktarı kullanılan rüzgar türbini sisteminin verimliliğini belirler. Albert Betz, 1919 yılında yaptığı çalışmalar sonucunda bir rüzgar türbininin verimliliğinin teorik olarak en fazla %59,6 olabileceğini ispatlamıştır. Ancak durum gerçek hayatta daha farklıdır. Wind Watch’a göre bir rüzgar türbini sisteminin maksimum performans ile ulaşabileceği maksimum verim %50’dir. Avustralya hükümeti de yayınladığı bir belgede rüzgar türbinlerinin maksimum veriminin en fazla %50 olabileceğini öne sürmüştür. Rüzgar enerjisi ile ilgili bir başka kavram da rüzgar kapasitesi etmenidir. Bu etmen belirli bir zaman içerisinde üretilen gücün sistemin kurulu gücüne oranlandığında elde edilir. Doğal olarak bu etmenin sistemin kurulduğu yere ve sistemin çalışma zamanlarına göre değiştiği söylenebilir. Rüzgar kapasitesi etmeninin, rüzgar türbini sisteminin verimliliğinde önemli bir role sahip olması sebebiyle rüzgar koşullarının olabildiğince uygun olması gerekir. Rüzgar türbini sistemi kurulurken bu koşullar göz önüne alınmalıdır, aksi takdirde rüzgar enerjisi sistemi yeteri kadar verimli olmayabilir.
Rüzgar türbini sistemlerinin verimliliğini etkileyen 3 etmen daha vardır: rüzgar hızı, hava yoğunluğu ve türbinin boyutu. Wind Watch’a göre yaklaşık olarak 13,5 m/sn’nin altındaki rüzgar hızları için rüzgar türbinlerinde oldukça az miktarda enerji üretilir. Open Information Extraction’a (OpenIE) göre rüzgar hızındaki küçük artışlarda bile üretilen elektriksel güç önemli derecede artmaktadır. Bunun nedeni ise üretilen elektrik enerjisinin, rüzgarın hızının küpüyle doğru orantılı olmasıdır. Örnek verecek olursak; rüzgarın, önceki hızının 2 katına çıkması durumunda üretilen elektrik enerjisi buna bağlı olarak 8 kat artacaktır.
Bunun yanı sıra hava yoğunluğunun değişmesi de sistemin verimliliğini etkiler. Hava yoğunluğu, soğuk bölgelerde ve deniz seviyesinde daha fazladır. Buna bağlı olarak off-shore rüzgar türbinlerinin (denizin üstünde bulunan rüzgar türbinleri) sayısı giderek artmaktadır.
Rüzgar türbinin boyutları da sistemin verimliliğini etkilemektedir. Daha uzun ve daha geniş rüzgar türbinleri, daha fazla rüzgar ile besleneceği için, yere yakın olan rüzgar türbinlerine göre daha verimlidir. Ancak rüzgar türbinlerinin boyutlarını arttırmanın bir sonucu olarak maliyet da artacaktır. Bu yüzden türbinin boyutları belirlenirken mali koşullar da göz önüne alınmalıdır.
Rüzgar kapasitesi etmenine geri dönecek olursak; teknolojinin gelişmesiyle birlikte, günümüzde kurulan rüzgar türbinleri sistemlerinde bu değer giderek artmaktadır. Green Tech Media’nın araştırmasına göre 2004 ile 2011 yılları arasında kurulan rüzgar türbinlerinde kapasite faktörü %31,2 değerine ulaşabiliyorken 2014 yılında kurulan rüzgar türbinlerinde kapasite faktörü %41,2 değerine ulaşabiliyordu. Ancak rüzgar kapasitesi faktörü doğal olarak ortamdaki rüzgara da bağlı olduğundan dolayı oranların istikrarlı bir şekilde artacağını kesin olarak söyleyemeyiz. Yine Green Tech Media’nın araştırmasına göre 2015 yılında türbinlerin ortalama kapasite faktörü 2014 yılındaki türbinleri ortalama kapasite faktörüne göre havanın daha az rüzgarlı olmasından dolayı daha düşük bir değerde çıkmıştır.
Rüzgar enerjisini diğer enerji kaynakları ile karşılaştırma:
Rüzgar enerjisinin verimliliği kömürden elde edilen enerjinin verimliliğinden daha yüksektir. Enerji elde etmek için kömür kullanıldığında %29 ile %37 verimlilik değerleri değişiklik gösterirken rüzgar enerjisinin verimliliği %32 ile %50 arasındadır. Ancak rüzgar kapasitesi faktörüne bağlı olarak bu durum değişkenlik gösterebilir. Havanın yeteri kadar rüzgarlı olmadığı durumlarda kömürden elde edilen enerji rüzgardan elde edilen enerjiden daha etkin olabilir. U.S. Energy Information Administration’ın yaptığı bir araştırmaya göre 2016 yılında ABD’de fosil yakıtların ürettiği enerji rüzgar enerjisinden daha verimli değerlerde seyretmiştir.
Rüzgar enerjisinin elde edilmesindeki en büyük problemlerden biri rüzgarın sürekli bir halde bulunmama durumudur. Hava koşullarına bağlı olarak rüzgar hızının azaldığı zamanlarda üretilen enerji de azalacağı için bu probleme bir çözüm üretmek gerekir. Scientific American dergisinde yayımlanan bir makalede de belirtildiği üzere rüzgar türbinlerinden üretilen elektrik gücünün zaman içerisinde dalgalanmalar göstermesi problemi sebebiyle güç kaynaklarının fazla miktarda enerji depolaması gerekir. Bu dalgalanmalar hem anlık hem de uzun bir zaman dilimi içerisinde meydana gelebilir. Bu problem, rüzgar türbinlerinin sayısının arttırılmasıyla beraber ortadan kaldırılarak hava koşullarındaki değişimlerin verimlilik üzerinde yarattığı olumsuz etki en aza indirilebilir.
Bütün bunlara ek olarak, doğru hava tahminleri ile birlikte bir rüzgar türbini sisteminin verimliliği kısa bir zaman dilimi için de olsa arttırılabilir.
Maliyet
The Independent gazetesinde yayımlanan bir haberde 2017 yılında ilk kez, rüzgar enerjisi ile üretilen elektrik enerjisinin fosil yakıtlar ile üretilen elektrik enerjisine göre daha ucuz olduğu açıklandı. Ayrıca aynı yıl içerisinde bir MWh’lık (saatte bir megawatt) güç üretiminin 50 Dolar’lık bir maliyeti olduğu iddia edildi. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte bu maliyetler giderek azalmaktadır. Maliyetin de düşmesiyle birlikte rüzgar enerjisi, çevreyi nispeten daha fazla kirleten diğer enerji çeşitlerine göre daha cazip hale gelmektedir. 2016 yılında U.S. Energy Information Administration’ın araştırmasına göre; ABD, ürettiği elektrik enerjisinin %6’sını rüzgar gücü ile üretmektedir ve bu oranın, yapılan devlet teşvikleri ile birlikte artmasını beklemektedir. Yine Wind EIS’a göre rüzgar türbinlerinin maliyetlerinin %80’i başlangıçtaki kurulum maliyetleridir. Maliyetin %20’lik kısmı ise sistem kurulduktan sonra bu sistemin işletilmesi ile ilgilidir. Bu bilgiye göre türbinlerin kurulum maliyetlerinin fazla olduğu söylenebilir ancak bu sistemlerde herhangi bir fosil yakıt kullanılmaz ve bu sistemler uzun süreli kullanım için uygundur. Bu nedenle rüzgar enerjisinin tercih edilebilir bir enerji türü olduğu söylenebilir.
Gelecek Yenilebilir Enerjide mi?
Fosil yakıtlardan üretilen enerjiye en etkili seçeneklerden biri rüzgar enerjisidir. World Economic Forum’un 2017 yılında yaptığı bir araştırmaya göre dünyada üretilen enerjinin %99’unu üreten 139 ülke, 2050 yılında enerji ihtiyacını tamamen yenilenebilir kaynaklar ile karşılayabilecek ve bu enerjinin %97’si güneş ve rüzgar enerjisinden elde edilecek. Bu durum gerçekleştiği takdirde küresel ısınmanın olumsuz etkilerinin azalması beklenmektedir.
Kaynak: https://greenliving.lovetoknow.com/Efficiency_of_Wind_Energy
