Ticari Rüzgar Türbinleri Neden 3 Kanatlıdır?

İnsanlık rüzgar enerjisini yüzyıllardır kullanıyor. Yelkenli gemilerden, yel değirmenlerine kadar tarih boyunca rüzgar enerjisi insanlığın en önemli enerji kaynağı oldu. Günümüzde ise rüzgardan elektrik üretimi oldukça popüler hale geldi ve rüzgar türbinleri de güç üretimi için oldukça önemlidir. Peki santrallerde kullanılan ticari rüzgar türbinleri neden 3 kanatlıdır? Yazımızda çok merak edilen bu soruyu sizler için cevapladık.

Rüzgar Türbinleri Nasıl Çalışır?

Elektrik üreten rüzgar türbini teknolojisi sandığınızdan daha eskidir. Bu türbinlerin ilk örneği 1888 yılında Charles F. Brush tarafından icat edilmiştir. Bu türbin dikkat çekici bir biçimde 144 tahta kanada sahipti ve 12 kW güç üretebiliyordu.

Rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi günümüzde, 19. Yüzyılda olduğu kadar basittir. Rüzgar aslında hareket halindeki havadır ve bildiğiniz gibi hareketin olduğu yerde kinetik enerji vardır.

Rüzgar türbini, rüzgarın kinetik enerjisini, elektrik enerjisine dönüştürmek için tasarlanmıştır. Bu türbinlerde de yüksek miktarda enerjiyi yakalamak amacıyla özel olarak tasarlanan kanatlar bulunmaktadır. Bu kanatlar rüzgardaki kinetik enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürerek dönerler. Dönüş hareketi ile birlikte türbin rotoru da döndürerek bir mil ile bağlı olduğu jeneratör ile elektrik üretimi sağlanır.

Rüzgar türbini ile ilgili ayrıntılı bilgiye “Rüzgar Türbini Nedir? Nasıl Çalışır?” adlı yazımızda yer vermiştik.

Bununla beraber, türbin kanatlarının tasarımı ve kullanımı hassas bir olaydır ve aerodinamik ile hava direnci gibi faktörlere dayanır.

Rüzgar Türbin Kanatlarının Dizaynı

Rüzgar türbinleri dizayn edilirken birçok faktör kilit rol oynar. Ama bunların arasında şüphesiz en önemlisi aerodinamiktir.

Aerodinamik, katı bir cismin özelliklerini ve etrafındaki havanın bu katı cisim ile etkileşimini ifade eder. Bu çerçevede rüzgar türbininin kanatları uçak kanatlarına benzer bir şekilde dizayn edilmiştir.

Kanadın arka tarafı ön tarafa göre daha kavislidir aynı şekilde uçağın kanadı da son kısımda yukarı doğru kıvrılır. Bu şekil sayesinde hava kanat boyunca hareket ettiğinde kanatları hareketlendirecek şekilde bir basınç farkı oluşturur.

Kanattaki blokaj sebebiyle, hava kanadın arkasında ön tarafa göre daha hızlı hareket eder. Bu da rüzgar türbin kanatlarının dönemesini sağlayarak elektrik üretim işlemini başlatır.

Türbin kanatlarının sadede rüzgar ile hareket etmesi yeterli değildir. Mühendisler ayrıca hız ve hava direncini de en yüksek verimliliği elde etmek için kanat tasarımında değerlendirmeliler. Örneğin, fazla miktarda hava direnci kanadın blokajı ile oluşursa, güç kazancı da oldukça düşük olur. Eğer yeterli hava direnci üretilemez ise kanat ses bariyerini aşacak şekilde hızlı hareket eder.

Rüzgar türbinlerinin en büyük avantajlarından biri de sessiz çalışmalarıdır. Ses bariyerini kırarlarsa, santralin bulunduğu bölge sakinleri rüzgar türbinlerinin kurulmasına karşı çıkabilirler. Kanat sayısı azaldıkça rüzgar türbini o kadar sesli ve hızlı çalışır.

Doğru Sayıda Kanat Seçimi

Rüzgar türbini dizayn edilirken kanat sayısı seçimi oldukça önemlidir. Kanat sayıları 1 ile 40 arası değişiklik gösterebilir. Kanat sayısının çok olduğu türbinler düşük uç hızına sahip rotorlar için kullanılır ve yüksek kalkış momentinin gerektiği su pompalama gibi uygulamalarda tercih edilir. Yüksek uç hızına sahip 2 veya 3 kanatlı rüzgar türbinleri de elektrik üretmek için kullanılır.

Birçok rüzgar türbini standart olarak 3 kanat ile çalışmaktadırlar. Bu rüzgar türbinlerinin 3 kanatlı olarak tasarlanması enerji üretim verimi ve sistemin dayanıklılığı arasındaki ilişkiden kaynaklanmaktadır.

Tek Kanatlı Rüzgar Türbinleri

Tek kanatlı rüzgar türbinleri aerodinamik açıdan dengesiz olduğundan istenmeyen bazı yüklere sebep olur. Bunu engellemek için de göbek kısmına ek aksamlar ilave etmek gerekir. Ayrıca bu türbinler standart 3 kanatlı türbinlere göre 2 kat daha hızlı döndüğünden gürültü seviyesi de oldukça yüksektir.

Düşen hava direnci sebebiyle tek kanat, enerji verimi bakımından en uygun sayı olabilir. Fakat tek kanat, türbini dengesiz hale getirir ve bu da türbinin sağlamlığı için iyi bir seçim değildir.

İki Kanatlı Rüzgar Türbinleri

İki kanatlı rüzgar türbinleri 25-30 yıl öncesine kadar Avrupa ülkelerinde ve Amerika’da kullanılmıştır. Bu türbinler ekonomik açıdan avantajlı gibi görünse de ek yapılarla üç kanatlı türbinlerle aynı maliyete gelmektedir.

İki kanat daha fazla bir enerji verimi sağlar fakat bu da bazı sorunları beraberinde getirir. İki kanatlı rüzgar türbinleri jiroskobik yalpalama olarak bilinen bir olaya daha fazla meyillidir ve titremeye neden olur. Doğal olarak titreme türbinin bütünü için daha fazla dayanıklılık sorunları oluşturur. Yani bu titreme türbin parçalarının zamanla aşınmasına ve giderek veriminin düşmesine sebep olur.

Üç Kanatlı Rüzgar Türbinleri

Üç kanatlı rüzgar türbinleri bir ve iki kanatlı türbinlere göre daha dayanıklı, sessiz ve uzun ömürlüdür. Sağlamlık ve enerji üretim olarak değerlendirildiğinde en verimli türbin çeşidi üç kanatlı türbinlerdir. Bundan dolayı da ticari uygulamalarda çoğunlukla üç kanatlı rüzgar türbinleri kullanılır. Bu türbinlerin rotorları ekstra dişli aksamlara bağlanır ve dönüş hızı yükseltilerek elektrik üretim verimi arttırılmaktadır.

Yani özetlersek;

Ticari rüzgar türbinlerinin 3 kanatlı olmasının sebepleri,

• Estetik açıdan kullanışlıdır.
• Gürültü seviyeleri düşüktür.
• Göbek kısmında ekstra bir yüke gerek yoktur.
• Sabit bir eylemsizlik momentine sahiptir.
• Yapı bakımından daha sağlamdır. Sallanma ve titreme gibi sorunları yoktur.
• Enerji üretimi ve sağlamlık bakımından en verimli rüzgar türbinidir.

Kaynak: Interesting Engineering