İnsanlığın artan talepleri ve gelişen üretim süreçleri, enerjiye ve enerji kullanımına olan ihtiyacı artırmıştır. Bu ihtiyaç, dünyamızı tehdit eden iki önemli sorun oluşturmuştur: Birincisi, küresel iklim değişikliğine sebep olan fosil yakıtların düzensiz kullanımı, ikincisi ise savaşlara yol açan enerji temini sorunudur.
Fosil yakıtlardan enerji üretimi ile havaya salınan sera gazları nedeniyle, iklimlerin değiştiği, ekolojik dengenin bozulmaya başladığı günümüzde, küresel ölçekte önlemlerin alınmaması durumunda dünyamız yaşanılabilir bir dünya olmaktan çıkma tehlikesiyle karşı karşıya kalacaktır.
Fosil yakıt kaynaklarının dünya üzerindeki rezervlerinin sınırlı olması, fosil yakıt elde edilmesinde yaşanan bir takım istikrarsızlıklar, ani fiyat yükselişleri, çevre üzerindeki olumsuz etkileri, ülkelerin enerji politikalarını oluştururken, tükenmez, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı kaçınılmaz olmuştur.
Yenilenebilir enerji kaynakları, doğal çevrede sürekli tekrarlanan enerji akımlarının nicelik ve nitelik özelliklerini bozmayacak şekilde kullanımı veya doğanın kendi evrimi içinde bir sonraki gün aynen mevcut olabilen enerji kaynağı olarak ifade edilebilir. Bunlara örnek olarak, güneş, su, biyogaz, biyokütle, rüzgar, hidrojen,
10
jeotermal enerji ve deniz akıntıları gösterilebilir. Doğalgaz, kömür, linyit, petrol, nükleer kaynaklardan elde edilen enerji, tükenebilen, çevreyi kirleten enerjidir. Su, güneş, rüzgar, dalga, jeotermal, biyokütle, gelgit olayı gibi kaynaklardan elde edilen yenilenebilir enerji ise çevre dostudur ve dünya var oldukça tükenmezler.
Yenilenebilir enerji kaynakları arasında öne çıkan seçeneklerden birisi de rüzgar enerjisidir. Son yıllarda rüzgar enerji sistemlerindeki teknolojik gelişmeler ve verilen devlet destekleri, rüzgar enerjisinin güç sistemi içindeki payını hızla arttırmaktadır. Toplam enerji üretimindeki büyüyen pay artışı, rüzgar enerjisinin güç sistemi ile ilgili olarak birçok çalışmayı ve araştırma konusunu da beraberinde getirmiştir.
Rüzgar enerjisi, temiz, bol, yenilenebilir olmasının yanı sıra hemen hemen tüm dünya genelinde faydalanma imkanı olan bir kaynaktır. Rüzgar enerjisi, yerden belli yükseklikteki direklere iyi yerleştirilmiş rüzgar türbinleri tarafından elektrik enerjisine dönüştürülür. Rüzgar türbini, kurulduğu arazinin sadece bir kısmını işgal ettiğinden ve türbin kanatları yerden epeyce yüksekte olduğundan, kalan arazi diğer amaçlar için rahatlıkla kullanılabilir. Ayrıca deniz alanları karalara göre daha büyük potansiyel gösterdiği için denizlerde denizüstü (off-shore) tipi rüzgar santralleri de kurulmaktadır. İlk önceleri rüzgar türbinleri ile enerji üretimi diğer enerji türlerine göre daha maliyetli iken bugün teknolojik gelişmelerle birlikte bu maliyet azalmıştır.
Rüzgar türbinlerinin görsel ve estetik olumsuzlukları, gürültülü çalışmaları, kuş ölümlerine neden olmaları, haberleşmede parazit oluşturmaları, 2-3 km ye kadar radyo ve televizyon alıcılarını karıştırmaları gibi istenmeyen etkileri ve kaza olasılıkları da rüzgar enerjisinin dezavantajları olarak söylenebilir. Rüzgâr türbinlerinde iki çeşit gürültü oluşmaktadır. Bunlar, mekanik ve aerodinamik gürültülerdir. Mekanik gürültü, dişli kutusu, jeneratör ve yedek motorların sebep olduğu gürültüdür. Mekanik gürültü, akustik kılıfların ve özel dişlilerin kullanılması ve dönen parçaların ses emici malzemeyle kaplanması ile giderilebilmektedir.
Aerodinamik gürültü ise, hava içinde dönen kanatların hızına bağlı olarak artar.
11 1.3.1. Rüzgar Oluşumu
Yeryüzünde rüzgarların oluşumunun en önemli nedeni, yer kabuğunun her noktasının güneş tarafından eşit olarak ısıtılmamasıdır. Isınan hava hafifleyip yükselir, gaz yoğunluğu azalır ve böylece alçak basınç alanı oluşur. Soğukta hava sıkışır, yoğunluğu artar, ağırlaşır, çöker ve böylece yüksek basınç alanı oluşur.
Yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına doğru hava akımları yani rüzgarlar oluşur.
Yeryüzünde başlıca rüzgar çeşitleri: sürekli rüzgarlar, mevsimsel rüzgarlar ve yerel rüzgarlardır. Sürekli rüzgarlar, genel atmosfere göre oluşmuş ve yıl boyunca esen rüzgarlardır. Bu rüzgarlar, ekvatorun kutuplardan daha iyi ısınması nedeniyle oluşur.
Dünyanın kendi ekseni etrafında dönme hareketi bu rüzgarları saptırır (Şekil 1.1.).
Dünyanın dönme hızı, atmosferdeki hava kütlelerine merkezkaç kuvvetinin etkimesine sebep olur. Bu kuvvetin dünya yüzeyine teğet olan bileşeni (coriolis kuvveti) havayı ekvatora doğru sürüklemek isterken, dünya yüzeyine dik bileşeni ise hava kütlelerini yer yüzeyine yakınlaştırır. Yer yüzeyine yakınlaşan ve 100 m yükseğe kadar oluşan bu rüzgarlara yüzey rüzgarları denir. Rüzgar enerjisinin esas kaynağı bu rüzgarlardır. Bu rüzgarlar yer yüzeyinden çok etkilenirler; hızları ve yönleri değişir.
Karalar ve denizler arasında mevsimlere göre meydana gelen sıcaklık farkları sonucunda oluşan rüzgarlara mevsimlik rüzgarlar denir. Yazın, karalar çok ısındığından alçak basınç alanı olurken okyanuslar karalara göre daha serin olduğundan yüksek basınç alanı olurlar. Dolayısıyla, yazın rüzgarlar okyanuslardan karalara doğru eserler. Kış mevsiminde bu olayın tersi gerçekleşir. Yerel rüzgarlar ise yerel ısınma ve soğumaya bağlı olarak dar bölgede oluşan yerel basınçların neden olduğu rüzgarlardır. Gündüzleri kara yüzeyi, denizlere göre daha çabuk ısındığından alçak basınç alanı, denizler ise daha geç ısındığından yüksek basınç durumundadırlar ve bu nedenle denizlerden karalara doğru rüzgarlar oluşur. Geceleri ise karalar denizlere göre daha çabuk soğuduğundan, karalardan denizlere doğru rüzgarlar oluşur. Ayrıca, geceleri dağlardan ova ve vadilere doğru eserken, gündüzleri tam ters yönde rüzgarlar oluşur.
12 Şekil 1.1. Sürekli rüzgarlar
1.3.2. Dünyada ve Türkiye’de Rüzgar Enerjisi
Rüzgar enerjisini önemi en çok 1973 yılında yaşanan petrol krizi ile başlamıştır. Bu krizden sonra alternatif enerjiye olan talep artmıştır. Pek çok ülke güneş ve rüzgar enerjisi üretimi alanında ciddi yatırımlar yapmaktadırlar. Son yirmi yılda yapılan mühendislik çalışmaları sonucunda, rüzgar türbinlerin daha düşük maliyetli elektrik enerjisi üretmeleri sağlanmıştır. Dünya Rüzgar Enerji Birliği (WWEA-World Wind Energy Association ) raporuna göre, 2013 sonu itibarıyla dünyadaki toplam kurulu rüzgar güç kapasitesi 300.000 MW üstüne çıkacağı tahmin edilmiştir (Şekil 1.2).
Bağımsız Rüzgar Enerji Araştırma şirketi olan BTM’ ye göre, son beş yılda dünya kurulu rüzgar enerji kapasitesi yıllık ortalama %27,8 oranında artmıştır [24]. Bu istatistikler, küresel düzeyde rüzgar enerjisine olan ilgi artışını göstermektedir. 2012 yılı verilerine göre, Rüzgar Enerjisinde lider ülkelerin kurulu rüzgar enerji kapasiteleri Şekil 1.3 de verilmiştir[22].
13
Şekil 1.2. Dünyada toplam kurulu rüzgar enerjisinin son üç yılda değişimi[22]
Şekil 1.3. Rüzgar enerjisinde lider ülkelerin kapasiteleri (MW)[22]
Rüzgar enerjisi kurulu güçlerine ülkeler bazında bakıldığında ilk üç sırayı Çin, ABD ve Almanya oluşturmaktadır. Bu üç ülkeyi İspanya, Hindistan, Birleşik Krallık ve İtalya takip etmektedir. Türkiye 2009 da dünya ülkeleri arasında 796,5 MW kurulu