Rüzgar Türbinleri Nasıl Çalışır

0
44
yatay rüzgar türbini
yatay rüzgar türbini

İnsanların bize sorduğu en popüler sorulardan biri, yenilenebilir elektriğimizin nasıl üretildiğidir. Basit cevap rüzgar, güneş ve yağmurdur – ancak bu aslında tüm resmi boyamaz.

Evlerimize güç sağlamak için güneşten, rüzgardan ve sudan gelen enerjiyi temiz elektriğe nasıl dönüştürebiliriz? Rüzgardan elektrik üretimi hakkında bilmeniz gereken (neredeyse) her şey burada.

Kısaca :

Rüzgar türbinleri nasıl çalışır? basit bir prensiple çalışır: rüzgar yapmak için elektriği kullanmak yerine – bir vantilatör gibi – rüzgar türbinleri elektrik yapmak için rüzgarı kullanır. Rüzgar, türbinin pervane benzeri kanatlarını bir rotorun etrafında döndürür, bu da jeneratörü döndürerek elektrik üretir.

Rüzgar, üç eşzamanlı olayın birleşiminden kaynaklanan bir güneş enerjisi şeklidir:

  1. Güneş atmosferi dengesiz bir şekilde ısıtması
  2. Dünya yüzeyinin düzensizlikleri
  3. Dünyanın dönüşü 

Rüzgar akış modelleri ve hızları büyük ölçüde değişir ve su kütleleri, bitki örtüsü ve arazideki farklılıklar tarafından değiştirilir. İnsanlar bu rüzgar akışını veya hareket enerjisini birçok amaç için kullanır: yelken açmak, uçurtma uçurmak ve hatta elektrik üretmek.

Rüzgar enerjisi ve “rüzgar gücü” terimlerinin her ikisi de rüzgarın mekanik güç veya elektrik üretmek için kullanıldığı süreci tanımlar. Bu mekanik güç, belirli görevler (tahıl öğütme veya su pompalama gibi) için kullanılabilir veya bir jeneratör bu mekanik gücü elektriğe dönüştürebilir.

Bir rüzgar türbini , bir uçak kanadı veya helikopter rotor kanadı gibi çalışan rotor kanatlarından gelen aerodinamik kuvveti kullanarak rüzgar enerjisini elektriğe dönüştürür. Rüzgar kanat boyunca aktığında, kanadın bir tarafındaki hava basıncı azalır.

Bıçağın iki tarafındaki hava basıncındaki fark, hem kaldırma hem de sürükleme yaratır. Kaldırma kuvveti, sürtünmeden daha güçlüdür ve bu, rotorun dönmesine neden olur. Rotor, jeneratöre doğrudan (doğrudan tahrikli bir türbin ise) veya dönüşü hızlandıran ve fiziksel olarak daha küçük bir jeneratöre izin veren bir şaft ve bir dizi dişli (bir dişli kutusu) aracılığıyla bağlanır. Aerodinamik kuvvetin bir jeneratörün dönüşüne bu şekilde çevrilmesi elektrik yaratır. 

Önerilen Makale : Rüzgar Enerjisi Nedir?

rüzgar türbinleri nasıl çalışır

Rüzgar türbinleri nasıl çalışır

Rüzgar türbini kanatları, rüzgar çarptığında döner. Ve bunun kuvvetli bir rüzgar olması da gerekmiyor: çoğu türbinin kanatları, hafif bir esinti olan, saniyede 3-5 metrelik bir rüzgar hızında dönmeye başlayacak. 

Bir rüzgar türbininin tepesindeki kutu benzeri yapı olan naseldeki bir şaftı döndüren bu dönme hareketidir. Motor bölmesine yerleştirilmiş bir jeneratör daha sonra dönen şaftın kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür. Bu daha sonra, Ulusal Şebeke üzerinde taşınabilmesi veya yerel bir site tarafından kullanılabilmesi için voltajı artıran bir transformatörden geçer.

F sağ muazzam, off-shore windfarms için tek ev için rom mikro türbinler, tüm rüzgar türbinleri elektrik üretmek için aynı mekaniği kullanır.

11 Adımda (Rüzgar Türbinleri Nasıl Çalışır)

rüzgar türbinleri nasıl çalışır
rüzgar türbinleri nasıl çalışır
  1. Rüzgar ( kinetik enerji içeren hareketli hava ) türbinin rotor kanatlarına doğru eser.
  2. Rotorlar dönerek rüzgardan gelen kinetik enerjinin bir kısmını yakalar ve onları destekleyen merkezi tahrik milini döndürür. Rotor kanatlarının dış kenarları çok hızlı hareket etmesine rağmen, bağlı oldukları merkezi aks (tahrik mili) oldukça yavaş döner.
  3. Çoğu büyük modern türbinde, rotor kanatları, enerji toplamak için rüzgarla en iyi açıda (veya “açı”) buluşacak şekilde öndeki göbek üzerinde dönebilir. Buna perde kontrol mekanizması denir. Büyük türbinlerde, küçük elektrik motorları veya hidrolik pistonlar, bıçakları hassas elektronik kontrol altında ileri geri döndürür. Daha küçük türbinlerde, hatve kontrolü genellikle tamamen mekaniktir. Bununla birlikte, birçok türbinin sabit rotorları vardır ve hatve kontrolü hiç yoktur.
  4. Motor bölmesinin içinde (türbin ana gövdesi kulenin üstünde ve kanatların arkasında bulunur), dişli kutusu , tahrik milinin düşük hızlı dönüşünü (belki dakikada 16 devir, rpm) yüksek hıza (belki de) dönüştürür. , 1600 rpm) jeneratörü verimli bir şekilde sürmek için yeterince hızlı dönüş.
  5. Jeneratör , hemen vites kutusu arkasında, eğirme tahrik milinden kinetik enerjiyi alır ve elektrik enerjisine dönüştürür. Maksimum kapasitede çalışan tipik bir 2MW türbin jeneratörü, yaklaşık 700 voltta 2 milyon watt güç üretecektir.
  6. Motor bölmesinin arkasındaki anemometreler (otomatik hız ölçüm cihazları) ve rüzgar kanatları rüzgar hızı ve yönünün ölçümlerini sağlar.
  7. Bu ölçümler kullanılarak, türbinin tüm üst kısmı (rotorlar ve nasel), nasel ile kule arasına monte edilmiş bir yalpalama motoru tarafından döndürülebilir, böylece doğrudan gelen rüzgara bakar ve maksimum miktarda enerji yakalar. Çok rüzgarlı veya türbülanslıysa, rotorların dönmesini durdurmak için (güvenlik nedeniyle) frenler uygulanır. Frenler ayrıca rutin bakım sırasında da uygulanır.
  8. Jeneratör tarafından üretilen elektrik akımı, türbin kulesinin içinden geçen bir kablodan geçer.
  9. Bir yükseltici transformatör , elektriği yaklaşık 50 kat daha yüksek voltaja dönüştürür, böylece elektrik şebekesine (veya yakındaki binalara veya topluluklara) verimli bir şekilde iletilebilir. Elektrik şebekeye akıyorsa, birçok türbine hizmet veren yakındaki bir trafo merkezi tarafından daha da yüksek bir voltaja (130.000 volt veya daha fazla) dönüştürülür.
  10. Evler temiz, yeşil enerjinin tadını çıkarır: Türbin çalışırken hiçbir sera gazı emisyonu veya kirlilik üretmemiştir.
  11. Rüzgar türbini geçmeye devam eder, ancak daha az hız ve enerjiyle (aşağıda açıklanan nedenlerle) ve daha fazla türbülansla (türbin akışını kestiği için).

Rüzgar Türbini Çeşitleri

Rüzgar türbinlerinin çoğu iki temel tipe ayrılır:

1 – Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri

rüzgar türbinleri nasıl çalışır
rüzgar türbinleri nasıl çalışır

Yatay eksenli rüzgar türbinleri, birçok insanın rüzgar türbinlerini düşünürken hayal ettiği şeydir.

En yaygın olarak, üç kanatları vardır ve kanatların rüzgara bakması için kulenin tepesinde dönen türbin ile “rüzgar ters” çalışırlar.

2 – Dikey Eksenli Rüzgar Türbinleri

dikey eksenli rüzgar türbini

Dikey eksenli rüzgar türbinleri, adını Fransız mucidinden alan yumurta çırpıcı tarzı Darrieus modeli de dahil olmak üzere çeşitli çeşitlerde gelir.

Bu türbinler çok yönlüdür, yani çalışmak için rüzgarı gösterecek şekilde ayarlanmalarına gerek yoktur.

Rüzgar türbinleri, okyanuslar ve göller gibi büyük su kütlelerinde karada veya açık denizde inşa edilebilir. ABD Enerji Bakanlığı şu anda   ABD sularında açık deniz rüzgar dağıtımını kolaylaştırmak için projeler finanse ediyor.

Rüzgar Türbinlerinin Uygulamaları

Modern rüzgar türbinleri, kuruldukları yere ve şebekeye nasıl bağlandıklarına göre kategorize edilebilir:

Kara Tabanlı Rüzgar Türbinleri

Karada kurulu rüzgar türbinlerinin boyutları 100 kilowatt’tan birkaç megawatt’a kadar değişmektedir.

Daha büyük rüzgar türbinleri daha uygun maliyetlidir ve elektrik şebekesine toplu güç sağlayan rüzgar santralleri halinde gruplandırılmıştır.

Kıyıdan Esen Rüzgar Türbinleri

Açık deniz rüzgar türbinleri büyük olma eğilimindedir ve Özgürlük Anıtı’ndan daha uzundur.

Büyük bileşenler karayolları yerine gemilerde taşınabildiğinden, karada kurulu rüzgar tesislerinin taşıma zorluklarına sahip değiller.

Bu türbinler, güçlü okyanus rüzgarlarını yakalayabilir ve büyük miktarda enerji üretebilir.

Dağıtılmış Rüzgar Türbinleri

Herhangi bir büyüklükteki rüzgar türbinleri, elektrik sayacının “müşteri” tarafına veya ürettikleri enerjinin kullanılacağı yere veya yakınına kurulduğunda “dağıtılmış rüzgar” olarak adlandırılır.

Dağıtılmış uygulamalarda kullanılan birçok türbin küçük rüzgar türbinleridir. 100 kilovatın altındaki tek küçük rüzgar türbinleri tipik olarak konut, tarım ve küçük ticari ve endüstriyel uygulamalar için kullanılır.

Küçük türbinler, dizel jeneratörler, piller ve fotovoltaiklerle çalışan mikro şebekeler gibi diğer dağıtılmış enerji kaynaklarıyla birlikte hibrit enerji sistemlerinde kullanılabilir.

Bu sistemlere hibrit rüzgar sistemleri denir   ve tipik olarak uzak, şebekeden bağımsız konumlarda (şebeke şebekesine bağlantının olmadığı yerlerde) kullanılır ve esneklik için şebekeye bağlı uygulamalarda daha yaygın hale gelmektedir.

Dağıtılmış Rüzgar Animasyonundan dağıtılmış rüzgar hakkında daha fazla bilgi edinin   veya Rüzgar Enerjisi Teknolojileri Ofisinin  evler, işletmeler, çiftlikler ve topluluk rüzgar projeleri için dağıtılmış rüzgar sistemlerinin dağıtımını desteklemek için neler yaptığını okuyun.

Rüzgar Türbini Avantajlar

  • Çok düşük karbon dioksit emisyonları (inşa edildiğinde etkin olarak sıfır).
  • Hava ve su kirliliği yok.
  • Madencilik veya sondajdan kaynaklanan çevresel etkiler yoktur.
  • Ödenecek yakıt yok – asla!
  • Tamamen sürdürülebilir—fosil yakıtların aksine rüzgar asla bitmeyecek.
  • Türbinler, yalnızca belirli bölgelerde yoğunlaşan fosil yakıt birikintilerinin aksine, güvenilir rüzgarlı dünyanın hemen hemen her yerinde çalışır.
  • Fosil yakıtlı gücün aksine, rüzgar enerjisi işletme maliyetleri yıllar öncesinden tahmin edilebilir.
  • Enerji fiyatlarından ve diğer ülkelerden gelen petrol ve gaz kaynaklarının siyasi oynaklığından özgürlük.
  • Fosil yakıt fiyatları arttıkça ve rüzgar teknolojisi olgunlaştıkça rüzgar enerjisi fiyatları giderek daha rekabetçi hale gelecektir.
  • Türbinlerin yapımı, işletimi ve imalatında yeni işler.

Rüzgar Türbini Dezavantajlar

  • Yüksek ön maliyet (tıpkı büyük nükleer veya fosil yakıtlı tesislerde olduğu gibi).
  • Rüzgar enerjisini uygulanabilir kılmak için gerekli ekonomik sübvansiyonlar (diğer güç biçimleri de ya ekonomik olarak ya da yaptıkları kirliliğin ekonomik ve sosyal maliyetini ödemedikleri için sübvanse edilir).
  • Değişken rüzgar gücünü diğer güç biçimleriyle dengelemenin ekstra maliyeti ve karmaşıklığı.
  • Tüm sistem genellikle fayda sağlasa da, elektrik şebekesini ve iletim hatlarını yükseltmenin ekstra maliyeti.
  • Değişken çıktı—ancak bu sorun, farklı bölgelerde rüzgar çiftlikleri işletilerek ve (Avrupa örneğinde) komşu ülkeler arasında ara bağlantıların kullanılmasıyla azaltılabilir.
  • Büyük toplam arazi alımı – ancak rüzgar çiftliği arazisinin en az yüzde 95’i hala çiftçilik için kullanılabilir ve denizde açık deniz türbinleri inşa edilebilir.
  • Fosil yakıtlar, nükleer, hidroelektrik ve biyokütle enerjisinin yapabileceği şekilde, bir ülkenin tüm yıl boyunca gücünün yüzde 100’ünü sağlayamaz.
  • Madencilik ve sondajda çalışan insanlar için iş kaybı.

Mikro rüzgar türbinleri

Mikro rüzgar türbinleri – bir çatıya veya direğe takılır, yaklaşık 50-150 W kapasiteli küçük güç jeneratörleri – yenilenebilir enerjinin açık ara en çekici şekli olmalıdır. Her türlü taşınabilir güç için, tipik olarak yatlar ve kanal tekneleri gibi şeylerde pilleri şarj etmek ve geçici trafik ışıklarına ve yol işaretlerine güç sağlamak için kesinlikle çok yaygın olarak kullanılırlar.

Bazı üreticiler, insanların ulusal elektrik şebekesine enerji beslemek için çatılarına küçük bir türbin koyarak elektrik faturalarında büyük tasarruflar yapabileceklerini ve çevreye fayda sağlayabileceklerini ima ederek mikro-rüzgar teknolojisini agresif bir şekilde zorladılar. Gerçek biraz farklıdır: Şebekeye bağlı mikro türbinler, güvenilir rüzgarlı alanlara yerleştirildiklerinde gerçekten ekonomik ve çevresel faydalar sağlarlar , ancak binaların daha fazla “enerji hasadı” yaptığı kasaba ve şehirlerde daha az yardımcı olurlar. bir meydan okuma ve engellerden çok daha fazla türbülans var. Peki mikro-rüzgar türbinleri gerçekten yatırıma değer mi? Ağabeyleriyle nasıl karşılaştırıyorlar?

Mikro rüzgar türbinleri karşılaştırma

Bu rakamlar basitçe, büyük ölçekli ve mikro rüzgar türbinleri arasındaki farkların kabaca bir karşılaştırmasını vermek için tasarlanmıştır. Çok çeşitli mikro türbinler olduğunu unutmayın.

BüyükMikro
MontajKule kabaca 80–100m (260–344ft) yüksekliğindedir.Çatı veya direk tipik olarak ~10m (30ft) yüksekliğindedir.
Rotor çapı90m’ye (300ft) kadar.1–4m (3–12ft).
Enerji üretimi1–8 megavat (1000–8000 kilovat).50–40.000 watt (0,05–40 kilovat)
Rüzgar hızlarında çalışır10-55mph (16-90 km/s).10–40 mil/saat (16–64 km/sa)
MaliyetMW başına 1-2 milyon dolar.500–100.000 dolar.
Güç sağlar500-5500 ev.1 ev (veya tek site)
mikro rüzgar türbini

Kendi mikro rüzgar türbininizi nasıl kurarsınız

Kendi mikro rüzgar türbininizi kurmak istiyorsanız, neye ihtiyacınız var? Akılda tutulması gereken ilk şey, küçük rüzgar türbinlerinin tehlikeli derecede yüksek hızlarda döndüğüdür, bu nedenle teknik beceri ve güvenlik çok önemlidir: ideal olarak, türbininizi bir profesyonel tarafından monte ettirin. Türbinden ayrı olarak, genellikle invertör adı verilen bir elektrikli ekipmana (türbin jeneratörü tarafından üretilen doğru akım elektriği evinizde kullanabileceğiniz alternatif akıma dönüştüren) ve uygun elektrik kablolarına da ihtiyacınız vardır. Türbininizin ayrıca ürettiği enerjiyi depolamak için şebeke beslemesine bir bağlantıya veya pillere ihtiyacı olacaktır.

Ekipmanın yanı sıra, akılda tutulması gereken birkaç nokta:

  • Başlamak için en iyi yer, bir anemometre ile bir dizi ölçüm içeren sahanızın rüzgar potansiyelinin profesyonel bir değerlendirmesidir. Rüzgar türbinlerinin genellikle açık, kırsal alanlarda, şehirlerdeki çatılara monte edilmekten çok daha iyi çalıştığını unutmayın.
  • Bir mikrotürbin yatırımını değerli kılmak için otomatik olarak yeterince rüzgarlı olacağını varsaymayın: Encraft’ın İngiltere’deki mikrotürbinlerle ilgili yakın tarihli bir araştırması, en iyi konumdaki türbinlerden iyi performans ve en kötü performans gösteren modelle (utanç verici bir şekilde) karışık bir resim buldu. kendi elektroniğine güç sağlamak için yeterli elektrik bile üretmiyor – başka bir deyişle, toplamda ürettiğinden daha fazla elektrik kullanıyor. Çevreye biraz katkı!
  • Nerede yaşadığınıza bağlı olarak, neredeyse kesinlikle bir rüzgar türbini için planlama onayına ihtiyacınız olacak, bu yüzden önce yerel otoritenizle bunu dikkatlice kontrol edin.
  • Herhangi bir para harcamaya başlamadan önce komşularınızı seslendirin: “yerel arkadaşlarınızı” çatıdaki pervanenizle azılı düşmanlara dönüştürmek yerine, belki onları bir topluluk yeşil enerji girişiminde size katılmaya ikna edebilirsiniz?
  • Çatıya monte rüzgar türbinlerinin gürültülü olabileceğini ve titreşim sorunlarına neden olabileceğini unutmayın.
  • Yatırımınıza daha hızlı ve daha iyi geri dönüş sağlayabilecek ve gezegende daha fazla fark yaratabilecek her türden başka enerji teknolojileri olduğunu unutmayın. Enerji verimliliği önlemleri (iyileştirilmiş ısı yalıtımı gibi ) genellikle en düşük maliyetle en hızlı geri ödemeyi sağlar ve kısa vadede en fazla farkı yaratır ve güneş enerjisi sıcak su sistemleri hemen hemen her yerde çok iyi çalışır. Toprak kaynaklı ısı pompaları da bir göz atmaya değer.

Rüzgarın enerjisini nasıl depolayabiliriz?

Hasat için rüzgarın çok az olduğu veya hiç olmadığı zamanlarda rüzgarlı günlerde üretilen elektriği depolamanın uygun maliyetli yollarını bulabilirsek, gelecekte rüzgar daha büyük bir rol oynayabilir. Denenmiş ve test edilmiş bir olasılık, pompalı depolamadır: düşük fiyatlı elektrik, yüksek talep zamanlarında bir hidroelektrik türbin aracılığıyla dağdan aşağı geri boşaltılmaya hazır, bir dağdan yüksek seviyeli bir göle büyük miktarlarda su pompalamak için kullanılır. elektriğin daha değerli olduğu zamanlar. (Aslında, elektriği sonsuza kadar yapabileceğimiz yerçekimi potansiyel enerjisi olarak depolarız ve bize uygun olduğunda tekrar elektriğe çeviririz.)

Piller de bir yarışmacı olabilir – eğer yeterince sahipsek. Elektrikli otomobil filosunun dev bir toplu pil olarak kullanılması konusunda öneriler var , tam da bu amaç için, ancak bireysel rüzgar çiftliklerine bağlanan büyük ölçekli piller bile çok yardımcı olabilir. Örneğin Statoil, İskoçya’da BatWind adında rüzgarla çalışan devasa bir pil kurmayı planlıyor . Volanlar ( döndükçe enerji depolayan ağır, düşük sürtünmeli tekerlekler) başka bir olasılıktır.

Bir rüzgar türbini ne kadar elektrik üretebilir?

Karadaki rüzgar türbinlerinin çoğu, her yıl 6 milyon kilovat saat (kwh) elektrik üretebilen 2-3 megavat (MW) kapasiteye sahiptir. 
Bu, ortalama 1.500 civarında hanenin elektrik talebini karşılamaya yetiyor.

Belli bir seviyeye kadar rüzgar ne kadar hızlı eserse o kadar fazla elektrik üretilir. 
Aslında, rüzgar hızı iki katına çıktığında sekiz kata kadar daha fazla elektrik üretilir. 
Ancak rüzgar çok kuvvetli ise, türbinler zarar görmemek için kendilerini kapatacaktır.

Bütün bunlar, bir rüzgar türbininin maksimum miktarda güç üretme yeteneğinin rüzgara bağlı olduğu anlamına gelir. 
Rüzgar çiftlikleri, tüm yıl boyunca güvenilir miktarda rüzgar olan yerlerde olduklarından emin olmak için dikkatlice planlanmıştır. 
Bu, çevresinde ve kıyı bölgelerinde çok sayıda açık alan bulunan bir tepenin zirvesinde olma eğilimindedir. 
Bu yüzden Cornwall ve İskoçya gibi yerlerde oldukça fazla rüzgar çiftliği var.

Rüzgar enerjisi ne kadar verimli?

Bir rüzgar türbini tipik olarak %30-45 verimlidir – en yoğun rüzgar zamanlarında %50’ye yükselir. 
Bu size az geliyorsa, türbinler %100 verimli olsaydı, türbinden geçtikten sonra rüzgarın tamamen düşeceğini unutmayın.

İngiltere’deki rüzgar türbinleri, zamanın %70-80’inde elektrik üretiyor ve bu da onları yıl boyunca güvenilir bir güç kaynağı haline getiriyor. 

Rüzgar türbini nedir?

Rüzgar türbini rüzgar akımının, pervanelerini döndürmesiyle rüzgar enerjisini elektrik enerjisini dönüştüren enerji teknolojisidir.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz
Lütfen isminizi yazınız