KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGÂR SANTRALİ TASARIMI VE   İMALATI

1. Giriş:

2005–2006   Eğitim-Öğretim Yılında Milli Eğitim Bakanlığı tarafından mesleki ve teknik   eğitim veren okullar arasında ilk defa uygulamaya konulan “Proje Tabanlı Beceri Yarışması” na,   Niğde Mesleki Eğitim Merkezi olarak “Küçük Ölçekli Rüzgâr Santrali Tasarımı ve   İmalatı” isimli proje ile katılım sağlanmıştır. Niğde ili genelinde 28   projenin katıldığı yarışma sonunda,    projemiz jüri tarafından il ikinciliğine seçilmiştir.

Şekil 1.   Gerçekleştirilen Projenin Genel görünümü

 

Danışman   öğretmenliğini okulumuz elektrik bölümü öğretmeni Halil Fikret TURGUTLU’ nun   yaptığı proje, Elektrik bölümü öğrencisi Taner BALİ, metal işleri bölümü   öğrencisi Koray YEĞİN, tesviye bölümü öğrencisi Coşkun AYTEKİN ve motor bölümü   öğrencisi Cumhur VURAL‘ın katılımıyla bir ekip çalışması olarak ortaya   çıkmıştır.

Projenin tasarımı ve gerçekleştirilmesinin her aşamasında, başta   okul müdürümüz Yılmaz YAPRAK olmak üzere, müdür yardımcısı Nejat YILDIZ, metal   işleri bölümü öğretmeni Haluk YAVUZ, motor bölümü öğretmeni Ferhan ÖZÇELİK ve   tesviye bölümü öğretmeni Şükrü PINARLI tarafından oluşturulan “Okul,   Proje Tabanlı Beceri Yarışması Yürütme ve Değerlendirme   Komisyonu” ile sürekli irtibat halinde olunup fikir teatisinde   bulunulmuştur.

Ayrıca   okul-sanayi işbirliği kapsamında projeyi hazırlayan öğrencilerimizin gerek   pratik eğitimlerini sürdürdükleri kendi işyerleri, gerekse sanayide faaliyet   gösteren diğer işletmelerin projemize büyük katkıları olmuştur. Projemizin   gerçekleşmesinde yardımlarını esirgemeyen aşağıda bazılarını sayabildiğimiz   işyerlerimize katkılarından dolayı teşekkür ederiz.

Şengül Torna   :  Makine yardımı ve ayni   yardım.

Nipsan           :    Ayni Yardım.

İhlas   Torna    :  Makine yardımı ve teknik   destek.

Ayhan Oto     :    Teknik ve malzeme desteği

MEDAŞ           :  Malzeme (Kule)   desteği

2. Yenilenebilir Enerji Kaynakları ve   Rüzgâr Enerjisi:

Günümüzdeki   teknolojik gelişmeler, nüfus artışı ve enerji kaynaklarının büyük bir kısmının   tüketilmiş olması ile birlikte, dünyada hemen hemen tüm ülkelerin ortak sorunu   haline gelecek olan enerji sıkıntısı, enerji kaynaklarının yeniden gözden   geçirilmesi ve yeni enerji kaynaklarının bulunması konusunda yapılan çalışmalara   hız vermektedir.

Bugün   kullandığımız enerjinin pek çoğu kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil   yakıtlardan sağlanmaktadır. Bilindiği gibi fosil yakıtlar, milyonlarca yıl   boyunca, bitkilerin, dinozorların ve diğer hayvanların çürümesi ile   oluşmaktadır. Bu fosil yakıtları yeryüzüne çıkarabilmenin yolu da, delmek   (sondaj) veya kazmaktır. Şu anda da yeraltında ısı ve basınçla bu yakıtlar   oluşmaya devam etmektedir. Ancak bu yakıtların tüketilmesi, oluşumu için geçen   süreden çok daha hızlı gerçekleşmektedir. Bu sebeple fosil yakıtlar kısa süreçte   yenilenemeyen olarak düşünülürler, yani kullandığımızdan daha az bir bölümü   yeniden oluşmaktadır. Özellikle de artan nüfus, şehirleşme ve endüstrileşme pek   çok yıldır bu yakıtlarla karşılanan enerji gereksiniminin daha da fazlalaşmasına   neden olmaktadır. Bu yakıtların tükenmesi ve fiyatlarının devamlı artmasının   yanı sıra, yanmaları sonucu çevreye verdikleri zararlar ve insan sağlığı   üzerindeki etkileri de büyüktür.

1970’li yıllarda   petrolde yaşanan krizlerin yanı sıra var olan yer altı kaynaklarının sınırlılığı   ve ekolojik dengesizlikte etken olması, beraberinde yenilenebilir enerji   kaynaklarına yatırım ve araştırma yapmayı gündeme getirmiştir.

Bu denli   enerjiye bağımlı olarak yaşadığımız dünyada güneş, rüzgâr ve jeotermal enerji   gibi çevreye daha az zarar veren, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı   için yeni teknikler geliştirilmesine olan gereksinim artmaktadır. Ağaçlardan,   bitkilerden, nehirlerden hatta çöplerden bile yenilenebilir enerji elde etmek   mümkün olabilmektedir.

Başlıca Yenilenebilir Enerji Kaynakları   olarak;

• ·        Güneş Enerjisi
• ·        Rüzgar Enerjisi
• ·        Jeotermal Enerji
• ·        Su Enerjisi
• ·        Hidrojen Enerjisi

sayılabilir.

2.1. Rüzgâr Enerjisinin Tanımı ve Uygulama   Alanları:

Güneş   ışınlarının karaları, denizleri ve atmosferi her yerde aynı ısıtamaması   nedeniyle oluşan sıcaklık ve basınç farkları ile oluşan rüzgâr enerjisi,   yüzyıllarca teknelerin yelkenlerini şişirmek, tarımsal ürünleri öğütmek ve su   pompalamak gibi çok çeşitli amaçlarla kullanılmıştır. Ancak bugün rüzgâr   enerjisinin en önemli ve yaygın olarak kullanımı, elektrik üretmek olmuş ve   hızla popülerlik kazanmaya başlamıştır. Yel değirmenlerinden, modern rüzgâr   santrallerine uzanan teknolojik bir süreç yaşanmıştır. Yıllar önce kullanılan   yel değirmenlerinde, rüzgâr estikçe dönen pek çok kanat bulunmaktaydı, bugünün   rüzgâr türbinlerinde ise yalnızca iki veya üç kanat bulunmaktadır. Bu kanatlar,   yel değirmenlerinde görüldüğünden çok daha uzun (25 metreye kadar)   olabilmektedir.

2000 yıl önce dünyanın ilk endüstrilerine güç   sağlayan rüzgâr değirmenleri, günümüzde, yeni teknoloji ve yeni malzemelerle,   rüzgâr türbinleri bizlerin aydınlatma, ısıtma, soğutucular ve diğer ev aletleri   için gerek duyduğumuz en temiz elektriği üretmek için kullanılmaktadır. Rüzgâr   enerjisinin kanıtlanmış bir başarısı vardır ve kullanımı artmaktadır. Halen   dünyada 20.000 ’in üzerinde türbinden elektrik üretilmektedir. Bunların birçoğu,   rüzgâr çiftlikleri denilen, belirli bir güçte elektrik üreten rüzgâr türbini   grupları olarak çalışmaktadır. Ekonomisi gittikçe iyileşen rüzgâr güç   santralleri ticari alternatifleri ile rekabet edebilen küresel bir güç üretim   endüstrisinin ürünü haline gelmiştir.

Son yıllarda   rüzgâr enerjisinin en başarılı pazarları, özellikle Danimarka, Almanya ve   İspanya olmak üzere Avrupa ülkeleridir. Arasında Hindistan, Çin ve Güney   Amerika’nın da bulunduğu bazı gelişmekte ülkelerin yanı sıra Amerika Birleşik   Devletlerinde de bu teknolojinin kullanımında bir sıçrama görülmektedir.

Türkiye’de ise   rüzgâr enerjisinin gelişiminin önündeki sorunları belirlemek üzere Ortaca’ da “Kocaeli Üniversitesi Yeni ve Yenilenebilir   Enerji Kaynakları ve Teknolojileri Araştırma Birimi” tarafından 3 adet   Uluslararası Rüzgâr Enerjisi Atölye Çalışması düzenlenmiştir. Bu atölye   çalışmalarına katılanlar daha sonra uzun süreli ortaklıklar kurmuş ve Türkiye’de   rüzgar enerjisi kullanımı çalışmaları yaygınlaşmaya başlamıştır.

Türkiye’nin   çeşitli bilimsel çalışmalarla tespit edilebilen teknik rüzgâr enerjisi   potansiyeli 83.000 MW tır. Bu, Türkiye’nin biran önce kullanması gereken önemli   bir rüzgâr enerjisi potansiyeli olduğunu göstermektedir.

• v  Neden Rüzgâr Enerjisi Kullanılmalıdır?
• ·         Rüzgâr enerjisi boldur. Toplam elektrik enerjisi   tüketiminin Türkiye’de en az iki mislinin rüzgârdan sağlanabileceğini bilim   adamları öngörmektedir.
• ·         Rüzgâr yerlidir. Petrol ve doğal gazdan farklı   olarak rüzgâr enerjisinin ithal edilmesi gerekmemektedir ve dış ülkelere olan   bağımlılığın azaltılmasına yardımcı olmaktadır.
• ·         Rüzgâr tükenmezdir. Fosil yakıtlardan veya   uranyumdan farklı olarak, rüzgâr enerjisi yenilenebilir olup gelecek nesillerin   doğum haklarını azaltmadan kullanılabilmektedir.
• ·         Rüzgâr temizdir. Rüzgâr enerjisinden   yararlanmak fosil yakıt kirleticileri olan cıva, kükürt dioksit ve azot oksitler   vb. zararlı maddelerin etkilerini önler havamızı ve suyumuzu daha temiz ve daha   sağlıklı yapar.

3. Rüzgâr Enerjisinin Teknik Olarak   İncelenmesi ve Projenin Gerçekleştirilme Aşamaları:

2005–2006   Eğitim-Öğretim Yılında, proje tabanlı beceri yarışması kapsamında sunulan   projeler arasında “Küçük Ölçekli Rüzgâr Santrali Tasarımı ve İmalatı” isimli   proje “Okul   Proje Tabanlı Beceri Yarışması Yürütme ve Değerlendirme   Komisyonu” tarafından yarışmaya katılmaya değer bulunmuş ve çalışmalara   başlamıştır.

3.1.   Projenin Amaçları:

• ü  Kış aylarında bina ısınmasına katkı   sağlanması,
• ü  Yaz aylarında bahçe   aydınlatması,

Yapılarak enerji tasarrufu   sağlamaktır.

3.2. Araştırma Bilgi   Tarama:

Öncelikle, projeyi hazırlayacak   olan öğrencilerimizin kütüphanelerden, çeşitli kataloglar ve internet üzerinden   modern rüzgâr santralleri hakkında araştırma yapmaları sağlanmıştır.   Araştırmalar yapılırken Niğde civarında daha önce benzer çalışmaların yapıldığı   anlaşılmış ve ilgililerle görüşmeler olmuştur. Araştırmalar sonucunda yapılacak   olan işlemler ve proje ekibi arasında görev paylaşımı yapılmıştır.

3.3.   Yer Tespiti:

Rüzgâr   enerjisini kullanıma açabilmek amacıyla öncelikle bir yer tespiti şarttır. Yer   tespitinde temel kıstaslar şunlar olmaktadır;

• Ø  Rüzgâr hızı
• Ø  Rüzgârın esiş yönü
• Ø  Arazi incelemesi (pürüzlülük   faktörü)
• Ø  Türbinlerin yerleştirilme   biçimi

Rüzgâr   potansiyelinin belirlenmesinde iki farklı yöntemle yapılabilmektedir.

• a-      Rüzgâr enerjisi santrali   kurulması düşünülen konumda rüzgâr hızı, yönü ölçüm ve kayıtlarının   yapılması,
• b-      Rüzgâr enerjisi santrali   kurulması düşünülen konuma coğrafi olarak en yakın meteoroloji istasyonunda   ölçülüp kaydedilen verilerin hatalarından arındırılarak seçimi yapılmış olan   konuma taşınması.

Niğde   meteoroloji istasyonundan alınan verilere göre yıllık rüzgâr hızı ortalamasının   3,5 m/sn olduğu anlaşılmıştır. Rüzgâr enerjisinden faydalanmak için bu hızın 4,5   m/sn’ den büyük olması gerekmektedir Bu ortalamanın kış aylarında artış   gösterdiği ve projemizin amaçlarından birisi olan bina ısınmasına katkı   sağlaması açısından kayda değer bir miktarda olduğu düşünülmüştür. Yer olarak   ise, okulumuz bahçesinin en iyi rüzgâr alan bir köşesi seçilmiştir.

3.4.   Kanatlar, Tahrik sistemi ve Jeneratör Seçimi:

Pervane sisteminin düşey eksenli   dönen ve 3 kanatlı olması kararlaştırılmıştır. Aşağıda ölçüleri verilen kanatlar   fiber malzemeden kalıp ile dökülmüştür.

 

                              Şekil 2.  Kanat ölçüleri

 

  

 

 Şekil 3.  Kanatların kalıptan çıkarılması

 

Pervane gücünü   jeneratör (alternatör)’e iletecek olan dişli sistemiyle oluşturulmuş bir tahrik   sistemi kurulmuştur. Dişlilerde dönüştürme oranı 1/18 olacak şekilde   ayarlanmıştır.

 

 

  Şekil 4. Kanatların   Birleştirilmesi

 

3.5.   Enerji Üretimi ve Kullanılması

Bu projede   jeneratör olarak Audi marka arabalarda kullanılan, 12 volt gerilim üreten bir   alternatör seçilmiştir. Bu alternatörün çıkış gücü 1500 W olup 62 ampere kadar   akım alınabilmektedir.

 

  Şekil 5.  Montaj öncesi alternatörün test edilmesi

 

Gerilim ve akım   ayarlayıcı olarak konjektör kullanılmış ve aşırı şarjı engellemek için   elektronik devre ile tedbirler alınmıştır. Alternatör yaklaşık 1000 devirde   elektrik üretmeye başlamaktadır. Elektrik üretmek için pervanelerin minimum 55   devir/dakika ile dönmesi gerekmektedir. 

  

 Şekil 6.  Pervane ve kuyruk montajı

  

 Şekil 7.  Fırça düzeneği ile enerjinin dışarıya   alınması

  

Şekil 8. ‘de,   gerçekleştirilen rüzgâr santrali sisteminin şematik çizimi verilmiştir. Burada,   jeneratörden elde edilen enerji elektrik kablosu ile batarya kontrol cihazına   verilir. Pervanenin düşey eksende ve aynı zamanda rüzgârgülü vasıtasıyla kendi   ekseninde dönmesinden dolayı, tabla üzerinde bulunan alternatörde elde edilen   elektrik enerjisi, direk ve döner tabla arasına yerleştirilen bir fırça düzeneği   ile dış ortama alınmıştır.

Bu düzenekte,   bataryaların düzenli bir şekilde dolmalarını sağlanır. Rüzgârın az veya yetersiz   olduğu zamanlarda gerekli enerji bataryalardan alınmaktadır.

 

 

 

Şekil 8.   Gerçekleştirilen rüzgâr santrali sisteminin şematik çizimi

 

4. Sonuç:

Bu çalışma   yaklaşık beş aylık bir çalışmanın sonucunda bütün aksamları orijinal olarak imal   edilerek bitirilmiştir. Şu anda DC 12 V gerilim elde edilebilmekte ve akülerin   şarjı gerçekleştirilebilmektedir. Elde edilen doğru gerilim, doğrudan   kullanılabildiği gibi, invertör yardımıyla 220 volt şehir şebekesi gerilimine de   dönüştürülebilir. Mevcut sistem 4.5 m’lik bir direk üzerinde çalışmaktadır.   Rüzgardan optimum bir şekilde faydalanmak için bu yüksekliğin en az   10 m   olması gerekmektedir. Planlanan 15 m lik direk üzerine çıkarma işlemi,   okul bahçesinin pek elverişli olmadığı düşünüldüğünden ayrıca, fren sisteminin   tamamlanmamış olması sebebiyle şu an için ertelenmiştir.

Projemizin   amaçlarından birisi de çevreye örnek oluşturabilecek bir uygulamayı ortaya   koymak ve böyle bir sistem kurmayı, üretmeyi düşünen kişi veya kuruluşlara   teknik destek vermektir. Niğde ili civarında rüzgâr potansiyelinin enerji   üretmek için yeterli olan birçok bölgesi bulunmaktadır. Özellikle kişisel amaçlı   kullanım için açık alanlarda bulunan bağ, bahçe evlerinde uygun ortam ve   elverişli şartların olduğu görülmektedir.