Rüzgar Enerjisi Nedir?

Güneş, yeryüzünü mevsime, saate ve bölgenin topoğrafyasına göre farklı şekillerde ısıtır. Bunun sonucunda ısınan hava yükselirken, soğuyan hava alçalır. Alçalan soğuk hava, yeryüzünde basınç oluşturur; buna yüksek basınç adı verilir. Isınarak yükselen hava ise yeryüzüne daha düşük bir basınç uygular; buna ise alçak basınç denir. Hava kütlelerinin yüksek basınç alanından alçak basınç alanına hareket etmesi sonucu rüzgar oluşur. Oluşan rüzgarın ivmesi, yönü ve şiddeti ise basınç gradyan kuvveti, Coriolis kuvveti, merkezkaç kuvveti ve sürtünme kuvveti gibi değişkenlere bağlıdır.

Belirli iki nokta arasında oluşan basınç değişikliğinde havanın hareket hızı ve yönünü etkileyen kuvvete basınç gradyan kuvveti denir. Basınç gradyan kuvvetinin, hareket halindeki hava kütlesine etkisi yüksek basınçtan alçak basınca doğrudur. Basınç gradyan kuvveti havanın yer değiştirmesi ile rüzgarın oluşumuna ve kinetik enerji kaynağı haline gelmesine yol açar.

Adını Fransız bilim adamı Gaspard-Gustave Coriolis’ten alan Coriolis kuvveti, bir hareketin, karşıdan gelen bir direnç tarafından saptırılmasıdır. Dünya sürekli dönmekte olduğu için yeryüzündeki hava hareketlerinin doğrusal olmasını engeller. Coriolis etkisi sonucu kuzey yarımküredeki rüzgarlar hareket yönünün sağına, güney yarımküredeki rüzgarlar ise hareket yönünün soluna doğru ivmelenir. Coriolis kuvveti sonucunda rüzgar hareketleri, bulundukları yarımküreye göre 10° sapma gösterir.

Dünyanın dönme hareketinin, atmosferdeki hava hareketleri üzerinde oluşturduğu savrulma etkisine merkezkaç kuvveti denir. Merkezkaç kuvveti rüzgarın doğrusal istikametinin bozulmasına sebep olur. Dünyada merkezkaç kuvvetinin en etkili olduğu yer Ekvator çizgisidir zira Dünya’nın dönüş hızının en yüksek olduğu yer Ekvator’dur. Dünya’nın dönüş hızının olmadığı Kuzey ve güney kutup noktalarında merkezkaç kuvveti görülmez.

Rüzgarın yer şekillerine sürtünmesi sonucu şiddetinin azalmasına ve yönünün değişmesine sebep olan kuvvete sürtünme kuvveti denir. Büyük ölçülü ve döngüsel hava hareketlerinde Coriolis kuvveti etkili olurken, yere yakın hava hareketlerinde sürtünme kuvvetinin yön ve hız değiştirme etkisi daha yüksektir.

Rüzgar, rüzgar türbininin kanatlarını döndürür. Bu kanatlar, bağlı oldukları dişli kutusundaki çarkları döndürür. Dönen çarklar jeneratörü çalıştırır. Jeneratör ürettiği elektriği transformatöre iletir. Transformatör, aldığı elektriği şebekeye iletir. Rüzgar enerjisi, elektrik üretimi için kullanılan enerji kaynaklarından bir tanesidir.

Rüzgar enerjisi yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak birçok avantaj sağlar:

• Rüzgar enerjisinin hammadde maliyeti yoktur.
• Rüzgar enerjisi santralleri, doğaya CO2 gibi zararlı sera gazı salınımı yapmaz.
• Rüzgar enerjisi santralleri, güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına nispeten daha az alan kaplar. 20.000 metrekare alan kaplayan bir güneş enerjisi panelinin ürettiği 1 MegaWattsaat elektriği, bir adet rüzgar türbini tek başına üretir. Bu sayede tarım alanı işgalini önler.
• Rüzgar enerjisi üretimi mevsim, gün ışığı ve yağış gibi değişkenlerden etkilenmez.

Yenilenebilir bir enerji kaynağı olmasına rağmen rüzgar enerjisinin bazı dezavantajları da vardır.

• Bir rüzgar türbinin elektrik üretebilmesi için rüzgarın optimum hız aralığında esmesi gerekir. Rüzgar türbininin türüne göre değişen bu aralığın altında veya üstünde bir hızda rüzgar estiğinde türbin çalışmaz ve rüzgar santrallerinin verimi düşer.
• Rüzgar türbinlerinin yatırım maliyeti güneş enerjisi tesislerinden daha yüksektir.
• Rüzgar türbinlerinin üzerine kurulduğu döngüsel rüzgar yolları, aynı zamanda bazı kuş türlerinin de göç yollarıdır. Bu yüzden rüzgar türbinleri, göçebe kuş türlerinin zarar görmesine neden olur.
• Rüzgar enerjisi santralleri gürültülü bir şekilde çalışır. Bu yüzden yerleşim yerlerine yakın kurulmaları mümkün değildir.

Rüzgar enerjisi ile nükleer enerji arasındaki en önemli fark, rüzgar enerjisinin bir hammadde maliyetinin olmamasıdır. Nükleer enerji ise Uranyum-235 gibi az ve zor bulunan maddeler ile çalışır. Ancak iki enerji türünün maliyetini etkileyen başka etkenler de vardır.

• Bir EPR (Avrupa Basınçlı Su Reaktörü) tipi nükleer enerji santrali 1.600 MegaWatt elektrik üretim kapasitesine sahipken, bir rüzgar gülünün üretim kapasitesi yaklaşık 2 MegaWatt’tır.
• Bir nükleer reaktör 60 yıl boyunca %80 verim ile çalışabilirken bir rüzgar gülü yaklaşık 15 yıl ve %20 verimle çalışır.
• Bir nükleer reaktörün ömrü boyunca ürettiği elektrik enerjisini üretebilmek için yaklaşık 12.600 rüzgar türbini kurmak gerekir.
• Nükleer enerji ile 1 TeraWatt elektrik üretebilmek için 60 ton çelik ve 300 ton beton harcanırken, rüzgar enerjisi ile 1 TeraWatt elektrik üretebilmek için 2830 ton çelik ve 18.900 ton beton harcanır.
• Nükleer enerjiyle 1 MegaWatt elektrik üretmek için 3,4 kilometre kare alan gerekirken, rüzgar enerjisi ile 1 MegaWatt elektrik üretmek için 344 kilometre kare alan gerekir.

Rüzgar enerjisi tarih boyunca nesneleri hareket ettirme, taşıma ve ürün öğütme amaçlarıyla kullanılmıştır.

• Rüzgar Enerjisi ile Su Pompalama: Rüzgar türbini üzerindeki şaft ile rüzgar akımının kinetik enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülerek tarım alanlarında su pompalamak ve artezyen kuyulardan su çekmek için kullanılır.
• Rüzgar Enerjisi ile Değirmen: Türbin aracılığı ile mekanik enerjiye dönüştürülen rüzgar enerjisi, iki plakanın ritmik olarak dönmesini sağlar ve bu iki plaka arasındaki ürünler öğütülür.

Rüzgar enerjisini hesaplamanın formülü şu şekildedir:

Üretilen Güç (Watt) = ½ x Hava Yoğunluğu (kg/m3) x Rüzgar Hızı (m/san)3 x Türbin Verimliliği x Süpürme Alanı

Formülde yer alan değişkenlerin açıklamalarıysa şöyle:

• Hava Yoğunluğu: Uluslararası standart hava koşullarında (deniz seviyesinde, 15 0C derecede ve 1013,25 mb atmosfer basıncında) hava yoğunluğu 1,225 kg/m3’tür.
• Rüzgar Hızı: Türbinin kurulduğu yerdeki ortalama rüzgar hızının küpüdür.
• Türbin Verimliliği: Rüzgar türbininin verimliliğidir. Bir rüzgar türbinin verimliliği %59,26’dır; formüle 0,5926 olarak işlenir.
• Süpürme Alanı: Rüzgar türbin kanatlarının süpürdüğü dairesel alandır ve m2 birimi ile ifade edilir.

Bugünkü tüketim hızı ile dünyadaki tüm petrol rezervinin 48 yıl, tüm kömür rezervinin 216 yıl, tüm doğalgaz rezervininse 47 yıl sonra biteceği öngörülüyor. Dolayısıyla dünya ülkeleri, yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneliyor. Günümüzde dünya üzerinde tüketilen elektriğin yaklaşık %6’sı rüzgar enerjisinden üretiliyor. Bu, rüzgar enerjisinin 2000 yılındaki üretimin tüketimi karşılama oranının yaklaşık 200 katı. Bu konuda encazip.com kurucusu Çağada Kırım, görüşlerini şu şekilde açıklıyor: ”Fosil kaynaklarının ne zaman biteceği sorusu hep gündemde, ancak her sorunun tek bir cevabı var, bu kaynaklar eninde sonunda bitecek. Enerjiye olan talebin sürekli olarak arttığı, enerji arzının da sürekli olarak düştüğü bir noktada enerji fiyatlarının gideceği yer de bellidir. Bu yüzden her türlü yenilenebilir kaynakların kullanımı yaygınlaştırılmalı, yenilenebilir kaynakların en caziplerinden olan rüzgar enerjisine yapılan yatırım artırılmalıdır. Taşı sıkıp suyunu çıkartmak ve potansiyeli olan her yere rüzgar santrali kurulması gelecek için oldukça önemlidir. Özellikle ülkemizde deniz üstü (offshore) rüzgar yatırımları yapılmaya başlanmalı, kara üstü rüzgar santrali yatırımlarına da hız verilmelidir.”

Rüzgar enerjisi ile fosil enerji kaynakları arasındaki temel farklılıklar şunlardır:

• Rüzgar enerjisi hammadde olarak doğanın sürekli ürettiği rüzgar gücünü kullanırken fosil enerji kaynakları tükenebilir kaynaklardır.
• Rüzgar enerjisinden elektrik üretimi sırasında doğaya CO2 gibi zararlı gazların salınımı olmaz. Fosil enerji kaynaklarından salınan sera gazları ise küresel ısınmanın başlıca sebeplerindendir.
• Rüzgar enerjisi üretimi için oldukça geniş alanların kullanılması gerekir ve bu tarım alanı kullanımını etkiler. Fosil kaynaklardan enerji üretiminde ise ihtiyaç duyulan alan oldukça kısıtlıdır.
• Enerji kullanımında rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının payı giderek artmakta, fosil enerji kaynaklarının payı ise düşmektedir.
• Rüzgar enerjisi hemen her bölgede üretilmesi mümkün olan bir enerji türü olduğu için, enerji nakil maliyetlerini düşürür. Fosil enerji kaynaklarından elektrik üreten tesisler ise ancak ülkenin belirli yerlerinde kurulabilir.

Rüzgar enerjisi, rüzgar enerjisi santrallerinin göçmen kuşların göç hareketine zarar vermesi sebebiyle, en çevreci enerji kaynağı değildir. Yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde en çevreci olanı güneş enerjisi olarak görülmektedir. Güneş enerjisinin doğaya ve doğal yaşama doğrudan veya dolaylı olarak hiçbir olumsuz etkisi yoktur.

Türkiye’de rüzgar enerjisi santralleri ihaleleri Enerji ve Tabiî Kaynaklar Bakanlığı tarafından yapılır.

Kurulu güce göre Türkiye’nin elektrik enerjisi ihtiyacının %11'i rüzgar enerjisinden sağlanmaktadır.

Türkiye’nin yıllık rüzgar enerjisi üretim potansiyeli 160 TeraWatt’tır.

Dünyada bir yılda en fazla rüzgar enerjisi üreten ülkeler şu şekildedir:

• Çin – 221 GigaWattsaat
• ABD – 94,6 GigaWattsaat
• Almanya – 59,3 GigaWattsaat
• Hindistan – 35 GigaWattsaat
• İspanya – 23 GigaWattsaat
• Birleşik Krallık – 20,7 GigaWattsaat
• Fransa – 15,3 GigaWattsaat
• Brezilya – 14,5 GigaWattsaat
• Kanada – 12,8 GigaWattsaat
• İtalya – 10,1 GigaWattsaat

Danimarka, enerji ihtiyacının %140’ını rüzgar enerjisinden sağlıyor. İhtiyaç fazlası enerji üretiminin %40’ını Almanya’ya, %40’ını Norveç’e, %20’sini ise İsveç’e ihraç eden ülke, Küresel Rüzgar Enerjisi Konseyi (GWEC) tarafından rüzgar enerjisini en verimli kullanan ülke olarak kabul ediliyor. Danimarka’daki rüzgar enerjisi üretimi ise kıyı şeridi boyunca konumlandırılan rüzgar enerjisi santrallerinde sağlanıyor.

Rüzgar enerjisinden ilk defa M.Ö. 5000 yıllarında Mısır’da faydalanıldığı biliniyor. Rüzgar türbinin mucidi ise Venedikli Fausto Veranzio.

Rüzgar enerjisi taşıma amacıyla M.Ö. 5000 yıllarında Mısır’da, su pompalama amacıyla M.Ö. 200 yıllarında Çin’de kullanıldı. Rüzgar enerjisi elektrik üretimi amacıyla ilk defa 1891 yılında Danimarka’da kullanıldı.

Rüzgar enerjisi şirketleri, rüzgar potansiyelinin uygun olduğu bölgelerde rüzgar enerji santralleri kurarak şebeke elektriği üreten şirketlerdir. Bazı rüzgar enerjisi şirketleri şunlardır:

• Çalık Enerji
• Enerjisa Üretim
• Akfen Yenilenebilir Enerji
• Ari-es Enerji
• Zorlu Enerji
• Güriş Holding
• Borusan EnBW Enerji Ortaklığı
• Acarsoy Enerji
• AP Enerji
• Erciyes Holding

Küçük ve orta büyüklükteki işletmelerin rüzgar enerjisinden, lisans almadan 1 MegaWatt’a kadar elektrik üretmesi serbesttir. Ticari üretim için yapılan rüzgar enerjisi teşvikleri Enerji ve Tabiî Kaynaklar Bakanlığı tarafından sağlanır.

1 MW kapasiteli bir rüzgar enerjisi santralinin kurulum maliyeti 1.2 milyon Euro civarındadır. Kule maliyeti 220 bin Euro, kanat maliyeti ise 800 bin Eurodur. Bir rüzgar enerjisi santrali yılda yaklaşık 2.500 kWh elektrik üretir. 

Kullanım ömrü yaklaşık 15 yıl olarak görülen rüzgar elektrik santralleri, bu sürenin ilk 8 yılında kendi maliyetini çıkarırken, son 7 yılında ise herhangi bir hammadde maliyeti olmaksızın üretim yapar. Dolayısıyla bu süre zarfında daha ucuza elektrik üretmek mümkün olacağı için rüzgar enerjisi santralleri elektrik fiyatlarını azaltabilir.

ABD Balık ve Vahşi Yaşam Kurumuna göre her yıl 140.000 ile 500.000 arasında kuş, rüzgar türbinleri sebebiyle ölüyor. Uçuş halindeki kuşlar, rüzgar türbininin alanına girerek çarpışmaya maruz kalarak ölebilmektedir. Bu çarpışma herhangi bir elektrik kesintisi yaratmasa da kuşların ölümüne sebebiyet vermesi nedeniyle istenmeyen bir durumdur. Kuşların, rüzgar türbinlerine çarpmasını engellemeye yönelik çalışmalar devam etmektedir.

Rüzgar türbini, rüzgarın kinetik enerjisini türbin içindeki şaft ile önce mekanik enerjiye, ardından jeneratör ile elektrik enerjisine çeviren rüzgar enerjisi çeviricisidir.

Rüzgar enerjisi santrali vadi, boğaz ve kıyı gibi coğrafi olarak rüzgara meyilli, yüksek hızda ve düzenli rüzgarların estiği bölgelerde kurulan, rüzgar türbin ve kulelerinden oluşan ve rüzgar gücünden elektrik üretilen tesistir.

Rüzgar enerjisinin güneş enerjisine göre avantajlı ve dezavantajlı olduğu durumlar şunlardır:

• Rüzgar enerjisi elektrik üretebilmek için havanın aydınlık ve yağışsız olması gibi gereksinimlere sahip değildir.
• Rüzgar enerjisi santralleri, güneş enerjisi panellerine göre yaklaşık 10 kat daha az yer tutar.
• Güneş enerjisi panelleri, kapladığı geniş alan sebebiyle tarımsal alanları işgal edebilir.
• Rüzgar enerjisi santralleri kuş ölümlerine sebep olarak doğal yaşama zarar verirken, güneş enerjisi panellerinin doğaya karşı bilinen bir zararı bulunmaz.
• Güneş enerjisi panelleri rüzgar enerjisi santrallerine nispeten daha portatiftir. Farklı alanlara taşınarak tekrar kullanılabilir.