Rüzgar Türbinleri ile İlgili Parametreler

Atmosferde serbest olarak yer değiştiren hava, belli bir kütleye ve rüzgar formunda hareket halinde olması nedeniyle bir kinetik enerjiye sahiptir. Kinetik enerji ve momentumun korunumu ilkelerinden yola çıkarak atmosferde serbest olarak hareket eden rüzgarın Po teorik gücünün; ? hava yoğunluğu ( kg/m3 ), A rüzgarın ilerleme yönüne dik kesit alanı ( m2 ) ve V rüzgar hızı ( m/sn) olmak üzere matematiksel ifadesi aşağıdaki gibidir.

Rüzgarın teorik gücü esas olarak rüzgar hızının küpüyle orantılıdır. Bu nedenle, rüzgar hızının fazla olduğu yerlere rüzgar enerji santralleri kurmak ekonomik olmakta ve bu tür rüzgar kaynak alanlarında daha çok enerji üretilebilmektedir. Po teorik rüzgar gücünün rüzgar türbini tarafından elektrik enerjisine dönüştürülebilen kısmı ise;

şeklindedir. Burada; Cp güç faktörü, A rotor dönüşü sırasında taranan alan ( m2 ), NG jeneratör verimi, ND dişli kutusu verimi ve Nc ise kuplaj verimidir. Cp güç faktörü, elde edilen şaft gücünün rüzgar türbinine gelen rüzgar gücüne oranı olarak tanımlanır. Güç faktörü maksimum %59,3 olup bu değere Betz Limiti denilmektedir. Günümüz teknolojisi kullanılarak iyi tasarlanmış ideal bir rüzgar türbini için Cp değeri % 40 civarındadır. CP güç faktörü, kanatların dönüş hızı (U) ile kanatlara çarpan rüzgar hızı (V) oranının bir fonksiyonudur Cp=f(U/V). Bu (U / V) oranı aynı zamanda “Tip-Speed Ratio – Kanat Ucu Çevresel Hız Oranı ?” olarak bilinir. Bu ifadeden de anlaşılabilineceği gibi prensip olarak, eğer elde edilen gücün sürekli olarak maksimum seviyede olması isteniyorsa, rotor dönüş hızının, herhangi bir şekilde, anlık rüzgar hızlarına göre değiştirilerek kanat ucu çevresel hız oranının maksimum CP değerini verebilecek bir optimumda tutulması gerekmektedir. Geliştirilmiş rüzgar türbinlerinde bu düzenleme otomatik olarak gerçekleştirilmektedir.

Rüzgar türbinleri, elektrik enerjisi üretimine ancak belirli bir rüzgar hızında başlayabilmektedir. “Cut-in” adı verilen bu rüzgar hızının altında sistem tamamen durmaktadır. Sistemden elde edilen elektrik enerjisi rüzgar hızının artmasıyla birlikte artmaktadır. Her bir rüzgar türbini için belirlenmiş bir rüzgar hızında, sistemden elde edilen güç en büyük değere ulaşır. Bu en büyük güce “nominal güç” ve bu rüzgar hızına “nominal hız” adı verilmektedir. Rüzgar hızının, nominal hız değerini aşması halinde sistemden elde edilecek güç nominal güç kadar olacaktır. Sistemin hasar görmemesi için belirli bir rüzgar hızından sonra rüzgar türbinlerinin stop konumuna geçmesi otomatik olarak sağlanır. Bu maksimum hıza sistemin “Cut-out” hızı adı verilmektedir. Diğer bir ifadeyle , bir rüzgar türbini Cut-in ve Cut-out rüzgar hızları arasında enerji üretimini gerçekleştirir. Modern rüzgar türbinlerinin Cut-in hızları 3-4 m/s, nominal hızları 11-15 m/s ve Cut-out hızları ise 25-30 m/s arasındadır.