Rüzgar enerjisi, sera gazı emisyonlarını azaltan ve fosil yakıt bağımlılığını düşüren yenilenebilir ve temiz bir güç kaynağıdır. Rüzgar türbinleri, rüzgarın kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren makinelerdir. Eksenlerinin yönelimine göre iki ana tür rüzgar türbini vardır: yatay eksenli ve dikey eksenli.
Yatay eksenli rüzgar türbini (YERT), yere paralel veya yatay eksenli dönen bir rüzgar türbini olarak tanımlanır. YERT'ler, büyük ölçekli elektrik üretimi için kullanılan en yaygın rüzgar türbinleridir. Genellikle üç kanadı vardır ve bu kanadlar uçak pervanelerine benzer, ancak bazılarında iki veya bir kanat olabilir.
YERT'in ana bileşenleri şunlardır:
Kanatları ve kanatları şafta bağlayan hub'u içeren rotor.
Jeneratör, vites kutusu, fren, yaw sistemi ve diğer mekanik ve elektriksel bileşenleri barındıran nacelle.
Nacelle ve rotoru destekleyen ve onları yere daha yüksek bir konuma taşıyan kule.
Kuleyi yere sabitleyen ve rüzgar türbininden gelen yükleri aktaran temel.
YERT'in çalışma prensibi, havanın yüzey üzerinden akması sonucu bir nesneyi yukarı doğru iten kuvvet olan kaldırma kuvvetine dayanır. YERT'in kanatları, rüzgar esince üst ve alt yüzeyleri arasında basınç farkı yaratan havafoil şeklindedir. Bu basınç farkı, kanatların yatay eksen etrafında dönmelerine neden olur, bu da sırasıyla şaftı ve jeneratörü harekete geçirerek elektrik üretir.
YERT'in rotör düzlemi, verimliliğini maksimize etmek için rüzgar yönüyle hizalanmalıdır. Bu nedenle, YERT, rüzgar yönünü ölçen bir rüzgar sensörüne ve nacelle'nin rüzgar yönüne göre yönelimini ayarlayan bir yaw sistemine sahiptir. Ayrıca, YERT, kanatların açısal atış açısını değiştirerek dönüş hızını ve güç çıkışı kontrol eden bir pitch sistemine de sahiptir.
YERT'in avantajları şunlardır:
Dikey eksenli rüzgar türbinlerine (DERT) göre daha az sürtünme ile daha fazla rüzgar enerjisini yakalayabildikleri için daha verimlidirler.
Her bir dönüş sırasında aerodinamik kuvvetlerde daha az değişiklik olduğundan, DERT'lere göre daha düşük tork dalgalanması ve mekanik stres gösterirler.
Rüzgar hızı daha yüksek ve daha tutarlı olduğu yerlerde, sabit temeller veya yüzen platformlara offshore kurulum yapılabilir.
YERT'in dezavantajları şunlardır:
Tüm bulanıklığı ve yakındaki yapılar veya arazi tarafından etkilenmemesi için yüksek bir kule ve geniş bir araziyi gerektirir.
Daha çok hareketli parça ve elektriksel bileşeni olduğundan, DERT'lere göre daha pahalı ve karmaşık kurulum ve bakım gerektirirler.
Yüksek rüzgarlar, fırtınalar, yıldırım, kuşlar veya buz gibi faktörlere karşı daha hassas ve zarar görme eğilimindedirler.
Dikey eksenli rüzgar türbini (DERT), yere dik veya dikey eksenli dönen bir rüzgar türbini olarak tanımlanır. DERT'ler, YERT'lere göre daha az yaygındır, ancak küçük ölçekli ve şehir uygulamaları için bazı avantajları vardır. Genellikle düz veya eğri iki veya üç kanadı vardır.
DERT'in ana bileşenleri şunlardır:
Kanatları ve kanatları jeneratöre bağlayan dikey şaftı içeren rotor.
Rotörün mekanik enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren jeneratör.
Rotör ve jeneratörü destekleyen ve onları yere bağlayan taban.
DERT'in çalışma prensibi, havanın yüzey üzerinden akması sonucu bir nesneye karşı olan sürtünmeye dayanır. DERT'in kanatları simetrik veya asimetrik olup, rüzgar yönüne baktığında veya karşı geldiği zaman farklı miktarlarda sürtünme yaratırlar. Bu sürtünme farkı, kanatların dikey eksen etrafında dönmelerine neden olur, bu da sırasıyla jeneratörü harekete geçirerek elektrik üretir.
DERT'in rotör düzlemi, herhangi bir yönden rüzgarı yakalayabildiği için rüzgar yönüyle hizalanmaya ihtiyaç duymaz. Bu nedenle, DERT, bir yaw sistemi veya rüzgar sensörüne sahip değildir. Ancak, DERT, kanatların açısal atış açısını değiştirerek dönüş hızını ve güç çıkışı kontrol eden bir pitch sistemine sahip olabilir.
DERT'in avantajları şunlardır:
Daha az hareketli parça ve elektriksel bileşeni olduğundan, YERT'lere göre daha düşük kurulum ve bakım maliyetleri vardır.
Daha yavaş hızlarda döndüğü için, YERT'lere göre daha düşük gürültü seviyesi vardır.
Daha düşük yükseklikleri ve daha küçük izdüşüm alanları nedeniyle, çatılar veya binaların yakınına kurulabilirler.
DERT'in dezavantajları şunlardır:
Daha çok sürtünme ve daha az kaldırma gücü olduğundan, YERT'lere göre daha düşük verimlidirler.
Her bir dönüş sırasında aerodinamik kuvvetlerde daha fazla değişiklik olduğundan, YERT'lere göre daha yüksek tork dalgalanması ve mekanik stres gösterirler.
Daha az istikrarlı ve dayanıklı oldukları için, offshore kurulum yapılamazlar.
Kanat tasarımına göre DERT'ler iki ana tip olarak sınıflandırılır: Darrieus ve Savonius.
Darrieus türbinleri, yumurtalık veya trochoid şekilli eğri kanatlara sahip DERT'lerdir. Fransız mühendis Georges Darrieus tarafından 1931 yılında icat edilmiştir. Darrieus türbinleri, kanatlarını döndürmek için hem kaldırma gücünü hem de sürtünme gücünü kullanır. Yüksek dönüş hızlarına ulaşabilirler, ancak dış bir başlatma mekanizması gerektirirler, örneğin bir elektrik motoru veya başka bir türbin, çünkü kendileri başlayamazlar.
Darrieus türbinlerinin avantajları şunlardır:
Hem kaldırma gücünü hem de sürtünme gücünü kullandıkları için Savonius türbinlerine göre daha yüksek güç katsayısına sahiptirler.
Aralarında daha büyük boşluklar olan daha az kanatları olduğu için Savonius türbinlerine göre daha düşük katıcılığa sahiptirler.
Darrieus türbinlerinin dezavantajları şunlardır:
Kendileri başlayamadıkları için dış bir başlatma mekanizmasına ihtiyaç duyarlar.
Daha hızlı hızlarda döndükleri için Savonius türbinlerine göre daha yüksek merkezi kuvvetlere sahiptirler
