Betz Limiti Nedir? Rüzgar Türbinlerinde Betz Limiti
Bu içeriğimizde rüzgar türbinleri ile özdeşleşen bir ifade olan Betz limiti kavramını ve bu değerin rüzgar türbini üzerindeki etkisini sizler için derledik.
Betz Limiti Nedir?
Betz limiti bir rüzgar türbini için ulaşılabilecek maksimum verimdir. Bu varsayım ilk olarak Alman fizikçi Albert Betz tarafından 1919 yılında ortaya atılmıştır ve bu limit kendi ismiyle özdeşleşmiştir. Albert Betz, bu limiti %59,3 olarak hesaplamıştır yani rüzgarın kinetik enerjisinin maksimum %59,3’ü türbini döndürüp, elektrik üretiminde kullanılabilir. Tabi gerçekte rüzgar türbinleri bu değere ulaşamazlar. Genel olarak rüzgar türbin verimi %35 – %45 arasındadır.
Betz yasası olarak da bilinen bu durum rüzgar akışından enerjiyi alan bir iletim diski vasıtasıyla hava akışının momentumu ve kütlesinin korunma prensibinden türetilmiştir. Bu yasaya göre hiçbir türbin rüzgar içerisindeki kinetik enerjinin 16/27 (0,593) oranından daha fazlasını kullanamaz. Ticari rüzgar türbinleri ise bu değerin maksimum %75-80’nine ulaşabiliyor.
Yatay eksenli rüzgar türbinlerini değerlendirirsek yani 3 kanatlı standart rüzgar türbinleri, bunlar üzerlerine gelen rüzgarın kinetik enerjisini alarak mekanik enerjiye dönüştürür. Enerjisi azalan rüzgar ise türbinin arkasından dağılarak yoluna devam eder. Eğer türbinler %100 verimle çalışabilseydi, rüzgarın tamamını kendi üzerinde toplaması gerekirdi. Yani katı kapalı bir disk biçiminde olurdu ki bu şekilde de herhangi bir dönme hareketi de gerçekleşmezdi.
Her yatay eksenli rüzgar türbininin belirli bir süpürme alanı vardır. Süpürme alanı, rüzgar türbini kanatlarının taradığı alandır. Eğer türbinin tek kanadı var ise rüzgarın çoğu bu alandan geçip gider ve doğal olarak bu da verim düşüklüğüne sebep olur. Ayrıca türbin kanatlarının uzunluğu da süpürme alanını arttıran bir etkendir.
Eğer rüzgar türbini üzerine gelen rüzgarın tamamının enerjisini alsaydı rüzgarın hızı sıfıra düşerdi ve türbinin arkasında herhangi bir rüzgar akışı gözlemlenmezdi.
Betz limiti, yukarıda saydığımız etkenlerden dolayı vardır. Rüzgar 3 kanatlı türbinlerde sadece belirli bir oranda tutulabilir. Bu sebepten dolayı şuanki teknoloji ile ulaşılabilecek maksimum verim değeri Betz limiti olan %59,3 olur.
Rüzgar Türbinlerinin Güç Verimliliği
Rüzgar türbinlerinin tüm tasarımları için teorik maksimum verimlilik değeri yani Betz limiti % 59,3’tür. Gerçek uygulamalarda ise rüzgar türbinlerinin verimliliği ise Betz limitin oldukça altındadır ve %35 ile %45 arasındadır. Tabi bu türbin verimliliği, eğer rüzgar türbini dişlileri, jenaratörü, güç iletim sistemleri gibi bileşenler ile bir bütün olarak ele alınırsa toplam sistem verimliliği %10-30 arasındadır. Yani rüzgarın enerjisi maksimum %30 oranında kullanılabilir elektriğe dönüştürülür.
Teorik olarak yatay eksenli rüzgar türbinleri (HAWT), dikey eksenli rüzgar türbinlerine (VAWT) göre daha yüksek verimliliğe sahiptir. Ancak dikey eksenli rüzgar türbinlerinde rüzgarın doğrultusu önemli değildir. Yani rüzgarı yakalamak için türbinin güç harcamasına gerek yoktur. Rüzgar yönündeki ani değişimlerle türbülans durumunda dikey eksenli rüzgar türbinleri ile düşük verimlerine rağmen daha fazla elektrik üretilir.
Kaynaklar
