Yel değirmenleri son 2000 yıldır rüzgarı birçok yararlı enerjiye dönüştürmektedir. Günümüzde Rüzgar Türbinleri, rüzgar enerjisini elektrik enerjisine çevirebilmektedir. Bu, en son teknoloji aerodinamik analizler ve diğer performans artırıcılar kullanarak yapılan kanatlar sayesinde olmuştur.
Çalışma Prensibi
Eğer rüzgar pervaneyi döndürebilirse pervaneye bağlı olan üreteçten elektrik alırız. Kanatları yakından incelediğimizde baştan uca farklı boyut ve şekilleri içeren kanatçık kesitlerine sahiptir. Basit aerodinamik profil teknolojisi rüzgar türbini kanatlarına dönüş yaptırır. Bu, bir akışkan kanat uçlarının üzerinden hareket ederken bir kaldırma kuvveti üretir demektir.
Bu sayede rüzgar türbini görmeye alıştığımız basit dönme hareketini elde eder. Hareket eden kanat için bağıl rüzgar vektörü şekilde gösterildiği gibidir.
Bu yüzden rüzgar türbini kanadı, bağıl rüzgar hızı ile uyumlu olması için eğilmiş biçimde yerleştirilmiştir. Kanadın hızı kanadın tepesine doğru yükselir buna bağlı olarak bağıl rüzgar vektörü kanadın ucuna doğru daha eğimli hale gelir. Bunun anlamı kanadın başından tepesine gerekli eğimin verilmiş olmasıdır. Fakat bu dönme direkt bir jenaratör ile birleştirilmez. Çünkü rüzgar türbini kanatları mekanik mukavemet ve gürültü sorunları sebebiyle genellikle çok düşük devirlerle dönerler. Düşük hızlı dönüşü düşünecek olursak üreteçten kayda değer elektrik frekansı üretemeyiz. Bu yüzden üretece bağlanmadan önce hız bir şanzımanda artılır. Şanzıman yüksek hız oranına ulaşmak için planet dişli takımı kullanır.
Ayrıca bir fren de kaportada bulunur. Frenin işlevi aşırı rüzgarlı durumlarda dönüş hızını dengelemektir.
Sonuç olarak üretilen elektrik tabana doğru kablolar aracılığıyla iletilir. Tabanda yükseltici transformatör bulunur. Normal koşullarda pervanenin maximum üretim için rüzgarı karşısına alması gerekir. Ancak rüzgarın yönü her an değişebilir.Bunun için kaportanın tepesinde rüzgarın yönünü ve hızını ölçen bir sensör bulunur. Rüzgardaki sapmalar tespit edildikten sonra denetleyiciden uygun mesajla sapma mekanizmasına gönderilir.
Bu şekilde pervaneler rüzgarı her zaman karşısına alacaktır. Rüzgarın hızına bağlı olarak bağıl rüzgar sürat açısı da değişecektir. Bir kanat döndürme mekanizması kanatları rüzgarın bağıl vektörü ile uygun şekilde hizalanmasını sağlar. Böylece kanatlar bağıl rüzgar akışı ile her zaman optimum açısında bulunurlar.
Rüzgar türbininin verimliliği ayrıca incelenmesi gereken bir konudur. Rüzgar türbini verimliliği konusunda iyi bir fikir edinmek için kanatların başındaki ve tepesindeki rüzgar akış hızını ölçtüğünüzü varsayın. Kanadın başındaki rüzgar akış hızının,
kanadın tepesindeki rüzgar akış hızına göre çok daha küçük olduğunu fark edeceksiniz. Bunun nedeni, kanatların rüzgarın kinetik enerjisinin bir kısmını emmesidir.
Rüzgar hızının sıfır olması fiziksel olarak imkansız bir durumdur. Aşağı akıştaki sıfır akış hızı, basitçe tüm hava akışının sıkıştığı anlamına gelir. Akışın bu fiziksel gerçekliği belli miktarda rüzgar çıkış hızı gerektirir. Bu, bir rüzgar türbininin elde edebileceği teorik olarak maksimum bir verimlilik olduğu anlamına gelir. Bu sınır Betz Limiti(yazının sonunda bu limit açıklanmıştır) olarak bilinir. Aslında bu, dünyadaki hiçbir rüzgar türbininin verimlilik sınırının yüzde 59,3’ü geçemeyeceği anlamına geliyor.
Betz Limiti
Akışın var olması için belli miktarda çıkış rüzgar hızı gerektirir. Bu, bir rüzgar türbininin başarabileceği teorik bir maksimum verimlilik olduğu anlamına gelir. Bu limit Betz Limiti olarak bilinir. Bir Yatay Eksenli Rüzgar Türbininin bu maksimum verimlilik değerinin değeri teorik olarak değerlendirilebilir. Değer% 59,3 olarak gerçekleşmiştir. Temel olarak, dünyadaki hiçbir rüzgar türbininin% 59,3 verimlilik limitini geçemediği anlamına gelir. Betz sınırı ancak türbin sonsuz sayıda bıçağa sahipse ve bıçaklar çok yüksek bir hızda dönüyorsa mümkündür. Günümüz rüzgar türbinlerinde mekanik verimin yaklaşık% 40’ı pratikte mümkündür.
Kaynak: www.learninengineering.com
