YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNİ TASARIMI-2012 - Kopya

7/29/2019 YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNİ TASARIMI-2012 - Kopya

http://slidepdf.com/reader/full/yatay-eksenli-ruezgar-tuerbini-tasarimi-2012-kopya 1/65

KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ

MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ

MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ

YATAY EKSENLĠ RÜZGÂR TÜRBĠNĠ TASARIMI

TASARIM PROJESĠ

Berat BEKEN Eren CAN

Mustafa ÜNAL Ufuk AYGÜN

HAZĠRAN 2012

TRABZON



KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ

MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ

MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ

YATAY EKSENLĠ RÜZGÂR TÜRBĠNĠ TASARIMI

Berat BEKEN Eren CAN

Mustafa ÜNAL Ufuk AYGÜN

PROJE DANIġMANI

Yrd. Doç. Cevdet DEMĠRTAġ

Öğr. Gör. Dr. M. Sabri DUMAN

Bölüm BaĢkanı: Prof. Dr. Ertan BAYDAR

Trabzon 2012



II

ÖNSÖZ

Günümüzde fosil kökenli enerji kaynakları hem çevre üzerindeki zararlı etkileri

hem de kaynaklarının sınırlı olmaları insanları enerji gereksinimlerini karşılamak amacıyla başka alanlarda çalışma yapmaları konusunda yönlendirmiştir. Özellikler günümüzde

yenilenebilir enerji kaynakları üzerinde çalışmalar yoğunlaşmakta ve dünya üzerinde

yenilenebilir enerji kaynakları ile üretilen enerji yüzdesi gün geçtikçe artmaktadır.

Rüzgâr enerjisi, git gide yaygınlaşan ve büyük potansiyele sahip olan yenilenebilir

enerji kaynağıdır. Bu projede bir rüzgâr türbinin tasarımı için gerekli olan hesaplamalar

yapılmıştır.

Projenin hazırlanması sırasında bizden yardımlarını esirgemeyen sayın hocalarımız

Yrd. Doç. Dr. Cevdet DEMİRTAŞ ve Öğr. Gör. Dr. M. Sabri DUMAN hocalarımıza

teşekkürü borç biliriz.



III

ĠÇĠNDEKĠLER

ÖNSÖZ.................................................................................................................................. II

İÇİNDEKİLER .................................................................................................................... III

ÖZET ................................................................................................................................... VI SUMMARY ....................................................................................................................... VII ŞEKİLLER DİZİNİ .......................................................................................................... VIII 1.GENEL BİLGİLER ............................................................................................................ 1 1.1. Yenilenebilir Enerji Kaynakları ..................................................................................... 1 1.2. Yenilenebilir Enerji Kaynaklarına Yönelişin Nedenleri ................................................ 2 1.3. Enerji Arzının Güvenliği Ve Sürekliliği......................................................................... 3 1.4. Rüzgâr Enerjisin Tanımı ................................................................................................. 4 1.5. Türkiye Rüzgâr Hızı ve Potansiyeli Dağılım Haritaları ................................................. 6 1.6. Türkiye‟ deki Rüzgar Enerjisinin Gelişimi .................................................................... 7 1.7. Türkiye‟ de Rüzgâr Enerjisinin Bölgelere Göre Dağılımı ............................................. 8 1.8. Türkiye‟de Rüzgâr Enerjisinin İllere Göre Dağılımı...................................................... 9 1.9. Rüzgâr Enerjisinin Avantajları Ve Dezavantajları ......................................................... 9 1.10. Rüzgâr Enerji Dönüşümleri ........................................................................................ 10 2. YATAY EKSENLİ RÜZGÂR TÜRBİN TASARIMI.................................................... 14 2.1 Tahmini Rüzgâr Hızı ..................................................................................................... 15 2.2 Türbin Tasarımı ............................................................................................................. 15 2.3 Türbin Devir Sayısının Belirlenmesi ............................................................................. 16 2.4 Dişli Kutusu Tasarımı.................................................................................................... 17 2.4.1 Çevrim Oranlarının Hesaplanması ............................................................................. 17 2.4.2. I. Kademenin Hesaplanması...................................................................................... 18 2.4.2.1 I. Kademe İçin Modül Hesaplanması ...................................................................... 19 2.4.2.2 I. Kademenin Boyutlandırılması ............................................................................. 20 2.4.2.3 I. kademe için kavrama oranı: ................................................................................. 22



IV

2.4.3.1 II. Kademe İçin Modül Hesaplanması..................................................................... 23 2.4.3.2 II. Kademenin Boyutlandırılması ............................................................................ 24

2.4.3.3 II. kademe için kavrama oranı: ................................................................................ 26

2.4.4 Dişlilerin Mukavemet Kontrolü ................................................................................. 27 2.4.4.1 I. Kademe Mukavemet Kontrolü ............................................................................. 27 2.4.4.2 II. Kademe Mukavemet Kontrolü............................................................................ 28 2.4.5 Mil Çaplarının Belirlenmesi ....................................................................................... 29 2.4.5.1. 1. Milin Boyutlandırması........................................................................................ 29 2.4.5.2 2. Milin Boyutlandırılması ...................................................................................... 32 2.4.5.3 3. Milin Boyutlandırılması ...................................................................................... 35 2.4.6 Rulmanlı Yatak Seçimi............................................................................................... 38 2.4.6.1 1. Milin Rulman Seçimi .......................................................................................... 38 2.4.6.2 2. Milin Rulman Seçimi .......................................................................................... 39 2.4.6.3 3. Milin Rulman Seçimi .......................................................................................... 40 2.4.7 Kamaların Boyutlandırılması ..................................................................................... 41 3. RÜZGÂR TÜRBİNLERİ................................................................................................ 43 3.1. Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri.................................................................................. 43 3.2. Düşey Eksenli Rüzgâr Türbinleri ................................................................................. 44 3.3. Rüzgâr Hızı Ve Türbinde Üretilen Güç Arasındaki İlişki ............................................ 44 4. ENERJİ VE ÇEVRE İLİŞKİSİ ....................................................................................... 50 4.1. Enerjinin Çevre ve İnsan Sağlığına Etkileri ................................................................. 50 4.1.1. Enerjinin Çevre Sağlığına Etkileri............................................................................. 51 4.1.1.1. Sera Etkisi ve Küresel Isınma................................................................................. 51 4.1.1.2. İklim Değişikliği..................................................................................................... 51 4.1.1.3. Diğer Çevresel Etkiler ............................................................................................ 52 4.2. Enerjinin İnsan Sağlığına Etkileri ................................................................................ 52



V

5. MALİYET ANALİZİ ...................................................................................................... 53 5.1. Birim Tesis Bedeli Eğrisi ............................................................................................. 53

5.2. Yıllık Üretilen Enerji Miktarı ....................................................................................... 54

5.3. Birim Yatırım Maliyeti ................................................................................................. 54 5.4. Birim İşletme ve Bakım Maliyeti ................................................................................. 54 5.5. Birim Elektrik Enerji Maliyeti...................................................................................... 55 6. SONUÇLAR .................................................................................................................... 56 KAYNAKLAR .................................................................................................................... 57



VI

ÖZET

Rüzgâr enerjisi, kaynağı güneş olduğundan dolayı yenilenebilir bir enerji kaynağıolarak kabul edilmektedir. Rüzgâr enerjisi yenilenebilir olmasının yanında çevre dostu

olmasından dolayı fosil kökenli kaynaklara alternatif olabilecek bir kaynaktır. Yüksek

yatırım maliyetlerine rağmen kısa sürede bu maliyetin edebilmesi başka bir tercih

sebebidir.

Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi elde edilmesi rüzgâr türbinleri yardımıyla

gerçekleşmektedir. Bu türbinler yatay ve dikey eksenli olmak üzere iki kısma ayrılır. Bu

projede yatay eksenli bir rüzgâr türbini hesabı yapılmıştır.

Burada, rüzgârdan elde edilen mekanik enerji, bir dişli kutusu yardımıyla

alternatöre aktarılıp, bu alternatörden de elektrik enerjisi elde edilecektir.

Bu projede belirli rüzgâr hızına göre rüzgâr gücü belirlenmiş, dişli kutusuyla

gerekli devir geçişleri yapılarak rüzgârdan en yüksek düzeyde yararlanma amaçlanmıştır .

Anahtar Kelimeler: Rüzgâr, Enerji, Rüzgâr Enerjisi, Rüzgâr Türbini



VII

SUMMARY

Windpower is an energy source which is constant and restorable that enables them

to be an alternative source to the fossil origined sources. Besides, since it does not haveharmful emission and environmental pollution, it shines out. Although its high cost

standards, it compensates this cost in a short time. Via the wind turbines, electric power

could be produced. There are two types of wind turbines consisting of vertically and

horizontally positioned. In this project, a horizontally positioned type wind turbine is

examined.

Here in this project, the mechanical energy ,obtained from the wind, is tranferred to

the alternator by using a gear case in order to obtain electric power. The main purpose of

this project is to get the best utilization from the wind by using the gear case which has a

stable wind power according to velocity of the wind.

Key Words: Wind, Energy, Wind Energy, Wind Turbine



VIII

ġEKĠLLER DĠZĠNĠ

Şekil 1. Rüzgâr Türbinleri Çiftliği......................................................................................... 5

Şekil 2. Türkiye Rüzgâr Potansiyel Dağılımı ........................................................................ 6

Şekil 3. Türkiye Rüzgâr Hızı Dağılımı.................................................................................. 7 Şekil 4. Yıllara Göre Türkiye'de Rüzgârdan Üretilen Enerji ................................................ 7 Şekil 5. Türkiye'de Rüzgâr Enerjisinin Bölgelere Göre Dağılımı ......................................... 8 Şekil 6. Bölgelere Göre Enerji Üretimi ................................................................................. 8 Şekil 7. Türkiye' de Rüzgâr Enerjisinin İllere Göre Dağılımı ............................................... 9 Şekil 8.İllere Göre Rüzgârdan Enerji Üretimi ....................................................................... 9 Şekil 9. Rüzgâr Enerjisi Dönüşüm Sistemi ......................................................................... 11 Şekil 10. Rotor Kanadına Rüzgâr Girişi Ve Çıkışı.............................................................. 11 Şekil 11. Türbin Veriminin ( Cp), Hızlar Oranına Göre Değişimi ...................................... 13 Şekil 13. Diş Form Faktörü qk ............................................................................................. 19 Şekil 14. Yatay Eksenli Rüzgar Türbini .............................................................................. 44 Şekil 15. Düşey Eksenli Rüzgar Türbini ............................................................................. 45 Şekil 17. Birim Hava Kütlesi............................................................................................... 46 Şekil 18. Güç - Rüzgar Hızı İlişkisi..................................................................................... 48 Şekil 19. Düşey Eksenli Rüzgar Türbin Kantlarının Taradığı Alan .................................... 49 Şekil 20. Birim Tesis Bedeli Eğrisi ..................................................................................... 54



1

1.GENEL BĠLGĠLER

1.1. Yenilenebilir Enerji Kaynakları

Yenilenebilir enerji kaynakları, yeryüzünde ve doğada çoğunlukla herhangi bir üretim sürecine (prosesine) ihtiyaç duymadan temin edilebilen, fosil kaynaklı (kömür,

petrol ve karbon türevi) olmayan, elektrik enerjisi üretilirken emisyonu az bir

seviyede gerçekleşen, çevreye zararı ve etkisi geleneksel enerji kaynaklarına göre çok daha

düşük olan, sürekli bir devinimle yenilenen ve kullanılmaya hazır olarak doğada var olan

hidrolik, rüzgar, güneş, jeotermal, biokütle, biyogaz, dalga, akıntı enerjisi ve gel – git,

hidrojen gibi enerji kaynaklarını ifade eder. Kısaca, yenilenebilir enerji, doğada var olan ve

sürekli kendini yenileyen enerji kaynağı demektir. Hidroelektrik enerji, rüzgar enerjisi,

güneş enerjisi, jeotermal enerji, biokütle enerjisi, gel-git enerjisi gibi kaynaklar

yenilenebilir ve bunları kullanmakla eksilmeyen enerji kaynaklarıdır.

Güneş enerjisi güneşteki hidrojenin helyuma dönüşmesi sırasında oluşur. Güneş

enerjisinden ilk çağlardan beri doğrudan veya dolaylı olarak yararlanılmaktadır. İlk

çağlarda ısınma ve aydınlanma için kullanılan güneş enerjisi günümüzde de uygun uygun

enerji dönüşüm teknikleri ile endüstriyel amaçlı ısı ve elektrik üretimi içindekullanılmaktadır. Yeryüzüne dağınık olarak gelen güneş radyasyonu güneş kolektörleri ile

yoğunlaştırılarak pişirme, ısıtma ve elektrik üretimi için kullanılır. Güneş enerjisinden

yararlanmak için ayrıca güneş havuzları, güneş bacaları, güneş pilleri gibi düzeneklerde

geliştirilmiştir.

Rüzgâr enerjisinden basit yapıdaki yel değirmenleri ile eski çağlarda tahıl öğütmek,

su pompalamak gibi işlerde yararlanılmıştır. Teknolojinin gelişmesi ile birlikte günümüzde

rüzgâr türbinleri kullanılarak elektrik üretilmektedir.

Jeotermal enerji kaynakları, yer altında depolanmış sıcak su veya buhar şeklindedir.

Jeotermal enerji magmaya dayandığı için yenilenebilir bir kaynak olarak kabul edilir.

Sıcaklığı 20 ‟ den yüksek ve içinde normal yeraltı ve yerüstü sularına göre daha fazla

erimiş halde mineral tuz ve gaz bulunan sular jeotermal akışkan olarak adlandırılır. Uygun

sondaj yöntemleri ile jeotermal hazneden yeryüzüne çıkarılan jeotermal akışkan ısınma,

sağlık gibi amaçlarla kullanılmasının yanı sıra bir termodinamik çevrimde yararlı iş

üretmek için de kullanılabilir



2

Dalga enerjisi rüzgârın deniz seviyesinde esmesi sırasında deniz suyunda oluşan

salınımlar ile meydana gelir. Bu salınım hareketi dalga enerjisi dönüşüm sistemleri ile

mekanik veya elektrik enerjisine dönüştürülebilir.

Dünya, ay, güneş arasındaki çekim kuvvetleri gel – git olayına neden olur. Denizin

kabarma ve alçalma periyotları sırasında akıntı üzerine yerleştirilen hidrolik türbinlerle

elektrik üretilir. Diğer taraftan okyanustaki akıntılar ve sıcaklık gradyanından da çeşitli

dönüşüm yöntemleri ile elektrik enerjisi üretilebilir

Biokütle enerjisi bitkilerin fotosentez yoluyla bünyelerinde depoladıkları enerjidir.

Biokütle enerjisi ya bitki, hayvan atıkları gibi kaynakları ya da modern biokütle olarak da

adlandırılan ve biokütle enerjisi için yetiştirilen bitkilere dayanmaktadır. Çeşitli bitkiselatıklar şehirsel ve endüstriyel organik atıklar, ‟ siz ortamlarda parçalanarak metan gazı

üretilebilir. Metan gazı da yakıt olarak kullanılabilir.

1.2. Yenilenebilir Enerji Kaynaklarına YöneliĢin Nedenleri

Enerji çağımızda en önemli tüketim maddelerinden biri ve vazgeçilmez bir uygarlık

aracıdır. Gelişmişlik düzeyi yüksek ülkelerin ihtiyaçlarının başında gelen enerji tüketimi,

sürekli artmakta ve bu artış gelecekte de devam etmektedir. Bugün sahip olduğumuzteknolojik gelişmelerin devam etmesi ve sunduğu imkânların yaşamımızda sürmesi için

doğrudan ve dolaylı olarak enerji tüketmek zorundayız. Tüketmek zorunda olduğumuz

enerjinin bugün büyük bir çoğunluğu fosil yakıtlardan, geri kalanı ise nükleer ve

yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanmaktadır. Fosil yakıt kullanımının çevre ve

insan sağlığına verdiği tüm dünya üzerindeki zararları, önlem alınmazsa bu zararların

telafisi için gelecekte yaşayacak insanların ödeyeceği bedelin çok büyük boyutlara

erişeceği kaçınılmaz olacaktır.

Enerji üretiminde fosil kaynak kullanımının devam edebilme olanağının kalmadığı,

kabul edilmesi gereken bir gerçektir. Bu durumda, sanayinin gelişmeye başlaması ile

kullanımı giderek artan, kalkınma ve sanayileşme yolunda verdiği zararlar, önceleri göz

ardı edilen bu enerji kaynaklarının yerine çevremizin kendi doğal ürünü olan yenilenebilir

enerji kaynaklarının kullanılmasının arttırılması gerçeği her geçen gün daha iyi

anlaşılmaktadır.



3

Hava, su, toprak kirliliğinden bitki örtüsünün ve hayvanların yok olmasına kadar

uzanan çevre sorunları, bu sorunlardan etkilenen insanlarda gelecek kaygısı uyandırmış, bu

kaygı ile beraber, çevrenin korunmasına karşı hassasiyet de giderek artmaya başlamıştır.

1.3. Enerji Arzının Güvenliği Ve Sürekliliği

Fosil yakıtlar kullanılarak elde edilen enerjinin kullanılmasının neden olduğu

sorunlar dışa bağımlılık, yüksek ithalat giderleri, küresel ısınma gibi önemli çevre

sorunlarıdır. Bilinen bir diğer olumsuzluk da fosil kaynakların yakın gelecekte tükenecek

olmasıyla ortaya çıkacak enerji sorunudur.

Hammadde ve enerji kaynakları kapasitelerinin sınırlı olmasına karşın, hammadde

ve enerji ihtiyacının hayatımızda her geçen gün yeni teknolojik ürünlerin kullanımı ile

sürekli ve hızlı bir biçimde artış göstermesi, insanlığı yeni kaynaklar bulmaya

zorlamak tadır. Var olan petrol, doğal gaz, kömür vb. fosil kaynakların gelecekteki nüfus

artışı ve günlük yaşamda kullanılan cihazların artması nedeniyle hızlı bir şekilde azalması

beklenmektedir. Bu nedenle, yerel ve yenilenebilir doğal zenginlikler konumunda olan

yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı hem ülkemizde hem de diğer dünya

ülkelerinde enerji ihtiyacının karşılanması bakımından büyük önem taşımaktadır. Bu

yüzden tüm dünyada yenilenebilir enerji kaynaklarına hem teknolojik araştırmalar

açısından hem de bu kaynaklardan üretilen enerjileri kullanmaya yönelme baş göstermiştir.

Bu bağlamda, „„enerji çeşitlendirilmesi‟‟, enerji güvenliği ve sürekliliğini sağlamak

açısından vazgeçilmez hale gelmiştir.

Geleneksel anlamıyla enerji güvenliği, enerji kaynaklarının çeşitliliğini ve bu

kaynaklara ulaşılabilme kolaylığıdır. Ancak enerji üretimi ile yaşadığımız çevre arasındaki

etkileşimin neden olduğu olumsuz sonuçların önlenmesi zorunluluğu günümüzde, enerjini

temiz ve güvenli olması kavramını içerecek biçimde yeniden tanımlanmasını ve

benimsenmesini gerektirmiştir.

Enerjide dış kaynaklara bağımlılığın önüne geçilmesi ve herhangi bir kaynaktan

ileri gelebilecek bir azalma, tükenme, kesilme gibi aksaklıkların ortaya çıkmasına karşı

önlemlerin alınması, enerji çeşitlerinin arttırılması ile mümkün olabilmektedir. Tek tür

kaynaktan sağlanacak enerjinin, bağımlılığı doğuracağı dikkate alınmalıdır.

Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasıyla;



4

- İthal edilen yakıtlara olan bağımlılık azalacak,

- Yerli öz kaynaklara önceli verilmesi sağlanacak

- Yerli üretim sonun istihdam artacak

- Sürdürülebilir ekonomik büyüme ve gelişmeye imkan sağlayacak

- Enerji arz güvenliği artacak

- Enerji talebini karşılamada sağlanan güvenli ile enerjiyi kullanan sektörleri

olumlu yönde etkileyecek ve yatırım yapmalarını teşvik edecek

- Sosyal ekonomik hayatta refah, istikrar da artacaktır.

1.4. Rüzgâr Enerjisin Tanımı

Rüzgâr, güneşin doğuşundan batışına kadar yeryüzündeki farklı yüzeylerin farklıhızlarda ısınıp soğumasıyla oluşmaktadır. Hareket halindeki havanın kinetik enerjisine ise

rüzgâr enerjisi denmektedir. Rüzgâr, atmosferdeki havanın dünya yüzeyine yakın, doğal

yatay hareketleridir.

Hava hareketlerinin temel prensibi, mevcut atmosfer basıncının bölgeler arasında

değişmesidir. Rüzgâr, alçak basınçla yüksek basınç bölgesi arasında yer değiştiren hava

akımıdır, daima yüksek basınç alanından alçak basınç alanına doğru hareket eder. İki bölge

arasındaki basınç farkı ne kadar büyük olursa, hava akım hızı o kadar fazla olur.

Rüzgârdan elektrik enerjisi yüksek kulelerin üzerine monte edilen rüzgâr türbinleri

yardımıyla üretilebilmektedir. Gelen hava türbinleri döndürmekte, türbin kanatlarının bağlı

olduğu mil de jeneratörü çalıştırmaktadır. Üretilen elektrik enerjisi kablolar ile rüzgâr

türbini kulesindeki enerji panosuna alınır. Rüzgâr türbinleri gelen rüzgârın yönüne göre

konum alabilmekte ve mekanik veya güç elektroniği devreleri ile otomatik olarak kontrol

edilebilmektedir. Kanatlar kendi ekseninde hareket edebilmekte ve yüksek hızlardaki

rüzgârlarda oluşabilecek zararı önlemek için frenleme yapabilmektedir. Rüzgâr enerji

santrallerinden en yüksek verimi elde edebilmek için rüzgâr hızının yıllık olarak belirli bir

ortalamanın üstünde ve sürekli olduğu alanlarda türbinlerin kurulması gerekmektedir .

Elektriğin temiz ve yenilenebilir kaynağı olan rüzgâr enerjisi, dünyada elektrik

enerjisine en kolay ve çabuk dönüştürülebilen bir enerjidir.

Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisine dönüşüm, yenilenebilir enerji teknolojilerinin en

hızlı ilerleme kaydedilen alanıdır. Rüzgâr enerjisi, tamamen doğal bir kaynak olarak



5

kirliliğe neden olmayan ve tükenme olasılığı bulunmayan bir enerji kaynağıdır.

Uluslararası Enerji Ajansı (IEA)‟ na göre, dünya rüzgâr enerjisi potansiyeli 53 000

TWh/yıl (bu dünyanın 2020 yılında gereksinim duyacağı elektriğin iki katından çoktur.)

olarak hesaplanmıştır.

ġekil 1. Rüzgâr Türbinleri Çiftliği

Rüzgâr enerjisinden yararlanma fikri insanlık tarihinde çok eskilere dayanmaktadır.

Su ve rüzgâr değirmenleri dünyanın ilk endüstrilerine güç sağlamıştır. Rüzgâr enerjisinden

elektrik üretimi ilk kez 1891 yılında Danimarka‟ da gerçekleştirilmiştir. 1990‟dan itibaren

dünyada en hızlı gelişen yenilenebilir enerji kaynağı rüzgâr enerjisidir. Bu gelişmelerin

altında yatan en önemli etkenlerden biriside verimin yüksek ( %59 civarı ) olmasında

yatmaktadır.

Günümüzde yeni teknoloji ve yeni malzemeler yanında kontrol teknolojisindeki

gelişmelerle birlikte, rüzgâr türbinleri insanların aydınlatma, ısıtma, soğutma ve diğer ev

aletleri için gerek duyduğu en temiz elektrik enerjisini üretmek için kullanılmaktadır.

Halen dünyada üzerinde gittikçe artan rüzgâr türbini ile elektrik üretilmektedir. Bunların

rüzgâr çiftlikleri şeklinde daha yüksek bir kapasitede elektrik üreten rüzgâr türbin gruplar

olarak çalışmaktadır.

Ayrıca denizlerde daha kesintisiz ve daha güçlü rüzgâr olması nedeniyle deniz üstürüzgâr santralleri kurulmaya başlanmıştır.



6

Rüzgâr elektrik sistemleri şebekeden bağımsız kurulabildiği gibi şebekeye bağlı

olarak da kurulabilir. Şebekeden bağımsız güçlü sistemlerde yedek enerji kaynağı da

kullanılmaktadır. Şebekeye bağlı rüzgâr santralleri genelde elektrik iletim hatlarına yakın

yörelerde kurulması ve yörelerde kurulması ve yöredeki trafo kapasitesinin santrale uygun

olması gerekmektedir.

Halen yıllık ortalama rüzgâr hızı 5 m/s ve üzerindeki rüzgâr, enerji üretimi için

önemli potansiyel sayılmaktadır. Son zamanlarda türbin üretimindeki teknolojik

gelişmelerle birlikte bu durum 3 m/s‟ ye kadar düşmüştür. Rüzgâr kurulumu yapılacak

bölgenin uygunluğu en az bir iki yıllık ölçümler neticesinde yapılan çok yönlü çalışmalarla

belirlenmektedir. Rüzgâr enerjisinin ucuz ve temiz bir yenilenebilir enerji kaynağı olma

nedeniyle yakaladığı bu gelişim hızı, konuyla ilgili Ar – Ge çalışmalarının artmasını ve

teknolojik gelişimi beraberinde getirmiştir. Teknoloji geliştikçe ve iyileştikçe piyasa

büyümekte, böylece rüzgar santrallerinin maliyetleri de azalmaktadır.

1.5. Türkiye Rüzgâr Hızı ve Potansiyeli Dağılım Haritaları

ġekil 2. Türkiye Rüzgâr Potansiyel Dağılımı



7

ġekil 3. Türkiye Rüzgâr Hızı Dağılımı

1.6. Türkiye’ deki Rüzgar Enerjisinin GeliĢimi

ġekil 4. Yıllara Göre Türkiye'de Rüzgârdan Üretilen Enerji



8

1.7. Türkiye’ de Rüzgâr Enerjisinin Bölgelere Göre Dağılımı

ġekil 5. Türkiye'de Rüzgâr Enerjisinin Bölgelere Göre Dağılımı

ġekil 6. Bölgelere Göre Enerji Üretimi



9

1.8. Türkiye’de Rüzgâr Enerjisinin Ġllere Göre Dağılımı

ġekil 7. Türkiye' de Rüzgâr Enerjisinin Ġllere Göre Dağılımı

ġekil 8.İllere Göre Rüzgârdan Enerji Üretimi

1.9. Rüzgâr Enerjisinin Avantajları Ve Dezavantajları

Rüzgâr santralinin üretim hayatı boyunca yakıt maliyeti yoktur ve işletme

maliyetleri yok denecek kadar azdır. Yerli bir kaynak olması nedeniyle enerjide dışa

bağımlılığı azalmaktadır. Rüzgar türbinleri modüller ( parçalı – değişebilir) olup herhangi

bir büyüklükte imal edilebilmekte ve tek olarak ya da gruplar halinde kullanılabilmektedir.

Rüzgâr , kirlilik yaratmayan ve çevreye yok denecek kadar az zarar veren yenilenebilir

enerji kaynağıdır. Enerjinin evsel kullanımlarında iyi alternatif enerji kaynağıdır.



10

Rüzgâr tarlalarının geniş alan istemesi sorun gibi görülmektedir. Ancak, rüzgâr

santralinde türbinlerin kapladığı gerçek alan santral toplam alanın % 1-2‟ si kadardır.

Türbinlerin aralarında tarım ve hayvancılık yapılabildiğinden arazi kaybı olmamaktadır.

Tarım alanlarında çiftçilik faaliyetlerine engel olmamaktadır.

Rüzgâr enerjisinde üretimde kullanılan doğaya hiçbir zararı olmayan rüzgâr

türbinleri hem fazla alan alanı kaplamamakta, hem de kuruldukları alanda yaşayan insanlar

için iş alanı yaratmaktadır. Diğer bir önemli özelliği de rüzgâr türbinleri deniz de de

kurulabilir. Rüzgâr çiftlikleri kolayca sökülebilmekte ve bulundukları arazi kolayca eski

haline getirilebilmektedir.

Rüzgâr santrallerinin görsel ve estetik kirliği, gürültü yapması, kuş ölümlerineneden olması, kuşların göç yollarını değiştirmesine neden olması, gerek radyo gerekse

televizyon alıcılarında parazit oluşturması ( 2- 3 km‟ lik alan içinde ) gibi olumsuz çevre

etkilerinden söz edilebilmektedir.

Rüzgâr türbinlerinden yayılan gürültüler yakın noktalarda insan kulağını az da olsa

etkiler. Bu gürültülerden biri aerodinamik ya da geniş bant gürültüsü olup, bu gürültü

makinanın kanatları üzerinden hava geçerken oluşan diğeri ise tonal ya da tek frekans

gürültüsüdür; dişli kutusu ve jeneratör gibi dönen mekanik ve elektriksel elemanlar

tarafından oluşturulur.

Ayrıca rüzgâr santralleri kırsal alanlara kurulduğunda arkeolojik açıdan önemli

alanlara zarar verme riski taşımaktadır. Bu nedenle, santralin yapılacağı arazi üzerinde

ayrıntılı arkeolojik araştırma yapılması gerektiğinden inşaata başlama süresi uzatmakta ya

da hiç yapılmamaktadır.

1.10. Rüzgâr Enerji DönüĢümleri

Bir rüzgâr enerji dönüşüm sisteminin temel safhaları Şekil 9‟da gösterilmiştir.

Türbin rotoru aerodinamik ( hareket eden katı cisimlerin rüzgâr ile etkileşimi) olarak

tasarlanmış kanatları yardımı ile rüzgâr dalga enerjisinin bir kısmını yakalayarak mekanik

enerjiye çevirir.

Düşük hızlı bu mekanik enerji dişli kutusu yardımı ile yüksek jeneratör hızı

seviyesine çıkarılır. Eğer jeneratör yüksek kutup sayısına sahip ise dişli kutusuna ihtiyaçduyulmayabilir. Yüksek dönüş hızına sahip mekanik enerjiye çevrilmiş bu enerji ise



11

jeneratör aracılığı ile elektrik enerjisine dönüştürülür. Daha sonra transformatör ve iletim

hatları aracılığı ile yerel elektrik şebekesine elektrik sayacı ve kesici üzerinden bağlanır.

Tercih edilen rüzgâr enerjisi sistemi yapısına bağlı olarak transformatörden önce güç

elektroniği üniteleri ile elektrik enerjisi farklı formlarda dönüştürülebilir.

ġekil 9. Rüzgâr Enerjisi Dönüşüm Sistemi

Türbin kanalarını kesen rüzgârın tamamı rotorda mek anik güce dönüşmez.

Rüzgârın kinetik enerjisinden elde edilen mekaniksel güç ifadesi için rotor verimi

hesaplanmalıdır.

Rotor kanatları tarafından yakalanan gerçek güç miktarı, rüzgâr kanalı girişi ile

rüzgâr kanalı çıkışı hava akışları arasındaki kinetik enerjilerinden farklıdır.

ġekil 10. Rotor Kanadına Rüzgâr Girişi Ve Çıkışı

( birim zamanda akan kütle miktarı ).x



12

Rotor kanatlarının yakaladığı mekanik güç ( türbin gücü )

Rotor kanatlarının girişindeki rüzgâr hızı

Rotor kanatlarının çıkışındaki rüzgâr hızı

Rotor kanatları düzlemindeki rüzgâr hızı

Görüldüğü gibi rüzgâr kanalı boyunca hareket ederken sürekli sabit formda

değildir. Dolayısıyla dönen kanatlar boyunca hareket eden havanın kütle akış oranı

ortalama hız ile hava yoğunluğunun çarpımından elde edilebilir.

İfadesini denklemimizde yerine yazarsak

olacaktır.

İfade sadeleştirildiğinde

= .

Elde edilir. Burada rotor verimi olarak bilinir. Aynı şekilde genel olarak = ve

tanımlandığında rotor veriminin maksimum değeri iken elde edilir ve

değeri = 0,5926 ya da %59,26 olmaktadır. Bu maksimum verime Betz limiti veya

Betz kanunu denir. Yalnız pratik uygulamalarda bu değer 0,5‟ in altında kalmaktadır.

Türbin veriminin ile olan değişimi çizilirse Şekil 11‟de grafik elde edilmiş olur.



13

ġekil 11. Türbin Veriminin ( Cp), Hızlar Oranına Göre Değişimi

Verilen bir rüzgâr hızı için, rotor verimi rotor dönüş oranının bir fonksiyonudur.

Eğer rotor çok yavaş dönüyor ise verim düşer çünkü kanatları etkilemeden geçen rüzgâr

miktarı daha fazladır. Eğer rotor çok hızlı dönüyor ise rotor verimi yine düşer çünkü bir

kanadın neden olduğu türbülans gittikçe artan bir oranla takip eden diğer kanadı etkiler.



14

2. YATAY EKSENLĠ RÜZGÂR TÜRBĠN TASARIMI

Rüzgâr türbinleri rüzgâr enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir.

Rüzgâr enerjisi kanat- pervane diye tanımlanan elemanlar vasıtasıyla hareket enerjisinedönüştürülür ve bu hareket enerjisi ya direk olarak özel olarak üretilmiş jeneratör miline

bağlanarak veya ara bir dişli sistemiyle devri aktarılarak jeneratör miline bağlanır. Bu

sayede elektrik enerjisi üretimi için temel girdi olan hareket üretilmiş olur. Rüzgârdan

üretilecek elektrik enerjisi rüzgârın hızına bağlıdır. Rüzgar hızı yükseklikle (2.1)

eşitliğinde verildiği gibi gücü de (2.3) eşitliğinde görüldüğü gibi rüzgar hızının küpüyle

orantılı oranda artar.

(2.1)

Burada vR : referans seviyedeki rüzgar hızı, hR : referans alınan seviye yüksekliği, σ:

yüzey pürüzlülüğüne bağlı üstel katsayıdır ve (2.2) eşitliği ile verilir.

)log(192.0351.0 Rv (2.2)

Rüzgardan elde edilebilecek maksimum güç (2.3) eşitliğinde verilmiştir,

3

2

1v A P (2.3)

ρ: Hava yoğunluğu olup 1.225 [kg/m3] olarak alınabilir.

A: Kanatların tarama alanı [m2]

V: Rüzgâr hızı [m]

P: Rüzgâr enerjisinin sahip olduğu gücü verir [W]

Rüzgârdan elde edilebilecek maksimum güç, toplam rüzgâr gücünün 0.59‟u veya

16/27 si olarak verilir ve bu katsayı Betz‟ Kanunu olarak ifade edilir.

R

Rh

hvv



15

2.1 Tahmini Rüzgâr Hızı

Tasarımda kullanılacak ortalama rüzgâr hızını belirlemek için, Trabzon şehrinde

Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğünden alınan verilere göre 50 m referansyüksekliğinde rüzgâr hızı 9.5 m/s‟dir. Pürüzlülük katsayısı yaklaşık olarak 0.12 alınırsa

(2.2) eşitliğinden 10 m‟ye kurulacak olan rüzgar türbinine etki edecek rüzgar hızı,

12.0

50

105.9

v

83.7v m/s

olarak bulunur. Rüzgâr hızı ortalama olarak alındığından tasarımda işlem kolaylığı

sağlamak için, rüzgâr hızı 8v m/s olarak alınmıştır.

2.2 Türbin Tasarımı

Rüzgâr türbinin tasarımında dikkate alınacak ilk husus, kullanılan alternatörden

alınması hedeflenen güç 1200W değerindedir. Kullanılacak alternatörün verimi yaklaşık

η=%75 olarak alınmıştır ve alternatöre dişli kutusunun çıkışından verilmesi gereken güç,

W P

P A 160075.0

1200

olarak hesaplanmıştır. Dişli kutusunun mekanik verimi yaklaşık η=%98 olarak alınırsa,

türbinden dişli kutusuna giren güç,

W P

P A D 1778

98.0

1600

olarak bulunur.

Bilindiği üzere normal şartlarda bir rüzgâr türbinin verimi önemli ölçüde kanat

tasarımına bağlıdır. Kanat tasarım ve imalatı mekanik olarak aslında sistemin kalbini teşkil

eder. Betz limiti bir rüzgâr türbininden elde edilecek güç verimin maksimum %59

olabileceği yolundadır. En iyi tasarlanmış kanatlarda güç verimi %45‟ler seviyesinde olup

bu seviye büyük güçlü türbinlerde yakalanabilmektedir. Yapılacak türbin için kanat güç

verimi (Cp(λ)) olarak %30luk bir başarı kriteri öngörülmektedir. Buna göre rüzgârıntürbine giriş gücü,



16

W C

P P

p

D K 5927

30.0

1778

olmalıdır.

Burada (2.3) eşitliğine türbine gelen güç ve ortalama rüzgar hızını yerine koyarsak

türbinin tarama alanı,

2

339.18

8225.1

592722m

v

P A K

olarak bulunur. Buradan türbin çapı,

m A

d 59.1844

olarak belirlenmiştir.

2.3 Türbin Devir Sayısının Belirlenmesi

Üç kanatlı rüzgâr türbinleri için kanat uç hızı oranı için aşağıdaki ifade

verilmektedir.

v

R

(2.4)

Burada R [m] kanat uzunluğu, v [m/s] rüzgâr hızı, [rad/s] türbinin açısal hızını

göstermektedir. Bu ifadenin düzenlenmesi ile rüzgâr türbininin ortalama devir sayısı için,

R

vn

30(2.5)

ifadesi elde edilir. Burada sistemin tam verimde çalışması açısında önceki hesaplarda

kullanılan ortalama rüzgâr hızının yarısı dikkate alınmaktadır. Ayrıca 3 kanatlı türbin

tasarımı için uç hız ( ) oranı 6-7 arasında seçilmektedir. Uç hız oranı 7 seçilirse ve rüzgar

hızı 4 m/s olarak dikkate alınırsa türbinin ortalama devir sayısı,

dk d n /1075.2

4730



17

olarak hesaplanır. Türbinin ortalama devir sayısı olarak işlemlerde n= 100 d/dk dikkate

alınmıştır.

2.4 DiĢli Kutusu Tasarımı

Dişli kutusu türbinden aldığı gücü alternatöre iletirken devrin alternatörün ihtiyacı

doğrultusunda yükselmesi gerekmektedir. Bundan dolayı ortalama türbin hızı alınarak sabit

çevrim oranına sahip dişli kutusu tasarımı yapılacaktır. Dişli kutusunda kullanılacak

dişlilerin malzemesi St50 olarak seçilmiştir ve 2/110 mm N eem ve 2/340 mm N P em

olarak alınmıştır.

2.4.1 Çevrim Oranlarının Hesaplanması

Rüzgâr türbininden elektrik enerjisi elde edebilmek için kullanılacak alternatörün

anlık 1200W gücü üretebilmesi için yapılan deney sonucunda 2500d/dk olduğu

saptanmıştır. Türbinin en iyi verimde ortalama hızı 100 d/dk olduğu ifade edilmişti. Dişli

kutusunun tasarımı yapılırken işlem karmaşıklığını ortadan kaldırmak için, dişli kutusunun

giriş milini alternatörden gelen mil, çıkış milini ise türbinden gelen mil olarak

düşünülmektedir. Ayrıca dişli kutusunun ileteceği güç 1778W olarak hesaplanmıştı.

Tasarlanacak dişli kutusunun toplam çevrim oranı,

25100

2500

çııkı

giri ş

topn

ni

olarak bulunmuştur. Bulunan toplam çevrim oranına göre dişli kutusunun 2 kademeli

olması yeterli olacaktır. Buna göre I. kademenin çevrim oranı,

25.625.125.11 toptop iii

II. kademenin çevrim oranı,

425.6

25

1

2 i

ii

top

olarak bulunmuştur.



18

2.4.2. I. Kademenin Hesaplanması

I. kademe için b/d0 oranı, her iki taraftan rijit yataklanmış pinyon milli çarklar göz

önüne alınarak 0.8 olarak seçilmiştir ve darbe faktörü f B düzgün yüklü iş makinesigurubunda düşünülerek günlük ortalama 8 çalışma saati göz önüne alınmıştır ve darbe

faktörü 1 olarak seçilmiştir. Buna göre,

11 d Bt M f M 11 d t M M

olarak ifade edilebilir. 1. mil için döndürme momenti hesaplanırsa,

Nmn

P

M d 79.62500

778.1

95509550 11

olarak bulunur. 1. milde mille eş üretilecek pinyon dişli kullanılırsa, pinyon dişlinin diş

sayısı z1=18 alınmıştır. 1. milden 2. mile hareket pinyon dişli ile düz dişli çark ile yapılmak

istenmektedir. Dişli çarkın diş sayısı ise,

112 z i z 1131825.62 z

olarak bulunur. 1. pinyon-dişli çark grubunda profil kaydırma yapılmayacaktır (x1,x2=0).



19

2.4.2.1 I. Kademe Ġçin Modül Hesaplanması

ġekil 12. Yuvarlanma Noktası Faktörü yc ġekil 13. Diş Form Faktörü qk

Gerekli, yuvarlanma noktası faktörü ve diş form faktörü değerleri Şekil 12 ve Şe kil

13‟den bakılarak yc=1.76 ve qk1=2.28 olarak alınmıştır.

Diş dibi mukavemetine göre modül hesabını yaparsak,

3

0

2

1

112

em

k t

d

b z

q M m

3

2

3

1108.018

28.21079.62

03.1m mm

Yüzey basıncına göre modül hesabı yaparsak,

3

2

1

1

2

0

3

1

1 17.0c

em

t yi

i

P d

b z

E M m

3 2

23

33

76.125.6

125.6

3408.018

102101079.67.0

88.1m mm

olarak bulunmuştur. I. kademe için modül 2 olarak seçilir.



20

2.4.2.2 I. Kademenin Boyutlandırılması

Taksimat daireleri çapları,

mm z md 36182101

mm z md 2261132202

Diş genişlikleri,

Pinyon için mmd

bd b 8.288.036

0

011

olarak bulunur. Fakat pinyon dişlinin genişliği dişli çarktan fazla olması gerekmektedir.

Çünkü ısıl genleşmelerden dolayı dişli çarkın pinyon dişli üzerinden çıkması

istenmemektedir. Bu nedenden dolayı pinyon dişlinin genişliği b1=32 mm, dişli çarkın

genişliği b2= 28.8 mm olarak alınmıştır.

Eksenler arası mesafe,

mm z z

m

a 131113182

2

2 210

mma 131 olarak alınmıştır. (x1,x2=0)

Pinyon diĢlinin ana boyutları:

Taban dairesi çapı: 1011

22 xmcmd d ta

01 x , 2m , mc 2.0

4.022361

tad

mmd ta 1.311

Baş dairesi çapı: 1011

12 xmd d b

22361

bd

mmd b 401



21

Temel dairesi çapı: 0011

cos d d t

20cos361

t d

mmd t 8.331

Çalışma dairesi çapı: w

w d d

cos

cos 0011

mmd w 361

DiĢli çarkın ana boyutları:


22 xmcmd d ta

02 x

4.0222262

tad

mmd ta 2.2212


12 xmd d b

222262

bd

mmd b 2302


cos d d t

20cos2262

t d

mmd t 4.2122


w d d

cos

cos 0022

mmd w 2262



22

Tablo 2.1 I. kademe dişli boyutları

Pinyon Dişli Dişli Çark

Modül (m) [mm] 2 2

Diş genişliği (b) [mm] 32 28.8

Profil kaydırma (x) [mm] 0 0

Taksimat dairesi çapı (d0) [mm] 36 226

Taban dairesi çapı (dta) [mm] 31.2 221.2

Diş sayısı 18 113

Temel dairesi çapı (dt) [mm] 33.8 212.4

Malzeme St50 St50

Baş dairesi çapı (d b) [mm] 40 230

Çalışma dairesi çapı (dw) [mm] 36 226

2.4.2.3 I. kademe için kavrama oranı:

0

2

2

2

2

2

1

2

1

cos2

sin2

m

ad d d d wt bt b

20cos22

20sin13124.2122308.3340 2222

1.172.1

olduğundan emniyetlidir.



23

2.4.3 II. Kademenin Hesaplanması

II. kademe için b/d0 oranı, her iki taraftan rijit yataklanmış pinyon milli çarklar göz

önüne alınarak 0.8 olarak seçilmiştir ve darbe faktörü f B düzgün yüklü iş makinesigurubunda düşünülerek günlük ortalama 8 çalışma saati göz önüne alınmıştır ve darbe

faktörü 1 olarak seçilmiştir. Buna göre,

22 d Bt M f M 22 d t M M

olarak ifade edilebilir. 2. mil için döndürme momenti hesaplanırsa,

dk d i

n

n /40025.6

2500

1

1

2

Nmn

P M d 45.42

400

778.195509550

2

2

olarak bulunur. 2. milde mille eş üretilecek pinyon dişli kullanılırsa, pinyon dişlinin diş

sayısı z3=20 alınmıştır. 2. milden 3. mile hareket pinyon dişli ile düz dişli çark ile yapılmak

istenmektedir. Dişli çarkın diş sayısı ise,

324z i z 802042 z

olarak bulunur. 1. pinyon-dişli çark grubunda profil kaydırma yapılmayacaktır (x1,x2=0).

2.4.3.1 II. Kademe Ġçin Modül Hesaplanması

Gerekli, yuvarlanma noktası faktörü ve diş form faktörü değerleri Şekil 2.1 ve Şekil

2.2‟den bakılarak yc=1.76 ve qk2=2.37 olarak alınmıştır.

Diş dibi mukavemetine göre modül hesabını yaparsak,

3

0

2

3

222

em

k t

d

b z

q M m

3

2

3

1108.020

37.21045.422

79.1m mm

Yüzey basıncına göre modül hesabı yaparsak,



24

3

2

2

2

2

0

3

3

2 17.0c

em

t yi

i

P d

b z

E M m

3 2

23

33

76.14

14

3408.018

102101045.427.0

2.3m mm

olarak bulunmuştur. I. kademe için modül 4 olarak seçilir.

2.4.3.2 II. Kademenin Boyutlandırılması

Taksimat daireleri çapları,

mm z md 80204

303

mm z md 320804404

Diş genişlikleri,

Pinyon için mmd

bd b 648.080

0

033

olarak bulunur. Fakat pinyon dişlinin genişliği dişli çarktan fazla olması gerekmektedir.Çünkü ısıl genleşmelerden dolayı dişli çarkın pinyon dişli üzerinden çıkması

istenmemektedir. Bu nedenden dolayı pinyon dişlinin genişliği b3=70 mm, dişli çarkın

genişliği b4= 64 mm olarak alınmıştır.

Eksenler arası mesafe,

mm z z m

a 200320802

4

2430

mma 200 olarak alınmıştır. (x3,x4=0)

Pinyon diĢlinin ana boyutları:


22 xmcmd d ta

03 x , 4m , mc 2.0

8.042803

tad



25

mmd ta 4.703


12 xmd d b

42803

bd

mmd b 88


cos d d t

20cos803

t d

mmd t 753


w d d

cos

cos 0033

mmd w 803

DiĢli çarkın ana boyutları:


22 xmcmd d ta

04 x

8.0423204

tad

mmd ta 4.3104


12 xmd d b

423204

b

d

mmd b 3284


cos d d t

20cos3204

t d



26

mmd t 7.3004


w d d

cos

cos 0044

mmd w 3204

Tablo 2.2 II. kademe dişli boyutları

Pinyon Dişli Dişli Çark

Modül (m) [mm] 4 4

Diş genişliği (b) [mm] 70 64

Profil kaydırma (x) [mm] 0 0

Taksimat dairesi çapı (d0) [mm] 80 320

Taban dairesi çapı (dta) [mm] 70.4 310.4

Diş sayısı 20 80

Temel dairesi çapı (dt) [mm] 75 300.7

Malzeme St50 St50

Baş dairesi çapı (d b) [mm] 88 328

Çalışma dairesi çapı (dw) [mm] 80 320

2.4.3.3 II. kademe için kavrama oranı:

0

2

4

2

4

2

3

2

3

cos2

sin2

m

ad d d d wt bt b

20cos42

20sin20027.30032875882222

1.17.1



27


2.4.4 DiĢlilerin Mukavemet Kontrolü

2.4.4.1 I. Kademe Mukavemet Kontrolü

I. kademedeki dişlilerin çizgisel hızı,

N d

M F t

u 377

2

36

1079.6

2

3

01

1

olarak bulunmuştur. Dişlilerin emniyetli çalışması için eğilme kontrolü ve yüzey basıncı

ezilmesine göre kontrol yapılması gerekmektedir.

Eğilme Kontrolü:

Pinyon dişli için 22

1

1

1 /110/43.1328.2232

377mm N mm N q

mb

F eemk

ue

Dişli çark için 22

1

2

2 /110/92.1428.228.28

377mm N mm N q

mb

F eemk

ue

Yüzey ezilmesine göre Kontrol:

Pinyon dişli için;

emcu P y

i

i

d b

F E P

1

1

011

max

135.0

223

max /340/29476.125.6

125.6

3632

377

1021035.0 mm N mm N P

Dişli Çark için;

emcu P y

i

i

d b

F E P

1

1

022

max

135.0

223

max /340/12476.1

25.6

125.6

2268.38

3771021035.0 mm N mm N P



28

2.4.4.2 II. Kademe Mukavemet Kontrolü

II. kademedeki dişlilerin çizgisel hızı,

N d

M F t

u 1061

2

80

1045.42

2

3

03

2

olarak bulunmuştur. Dişlilerin emniyetli çalışması için eğilme kontrolü ve yüzey basıncı

ezilmesine göre kontrol yapılması gerekmektedir.

Eğilme Kontrolü:

Pinyon dişli için 22

2

3

3 /110/98.837.2470

1061mm N mm N q

mb

F eemk

ue

Dişli çark için 22

2

4

4 /110/82.937.2464

1061mm N mm N q

mb

F eemk

ue

Yüzey ezilmesine göre Kontrol:

Pinyon dişli için;

emcu P y

i

i

d b

F E P

2

2

033

max

135.0

223

max /340/23276.14

14

8070

10611021035.0 mm N mm N P

Dişli Çark için;

emcu P y

i

i

d b

F E P

2

2

044

max

135.0

223

max /340/42.12176.14

14

32064

10611021035.0 mm N mm N P



29

2.4.5 Mil Çaplarının Belirlenmesi

Mil malzemesi daha önce St50 olarak seçilmişti. St50 malzemesinin mukavemet

değerleri2

/420 mm N AK ,

2

/26 mm N D olarak alınmıştır.

Mil çaplarının belirlenmesi için ilk olarak dişli ve yatakların konumları tahmini

olarak belirlenmelidir. Ön tasarım olarak belirlenen konumlar dişli boyutları ve tahmini

yatak boyutları dikkate alınarak Şekil 2.3‟de görülmektedir.

60 100

60 60 40

120 40

ġekil 2.3. Dişli konumları ön tasarımı

2.4.5.1. 1. Milin Boyutlandırması

x-z düzleminde;

Ax

F

Bx

120 40

x

z

R1

N F U 3771

N F F U R 13720tan37720tan11

0 A M ; 0120160 1 R x F B



30

N B x 75.102

0 x F ;

N A x 25.34

y-z düzleminde;

120 40

y

z

FU1

By Ay

0 A M ; 0120160 1 U y F B

N B y 75.282

0 y F ;

N A y 25.94

Moment diyagramları,

My

[N/mm ]2

Z

4110

120 40



31

Mx

[N/mm ]2

Z

11310

120 40

Nmm M M M x ye 12033113104110 2222

Nmm M M t B 67901

Maksimum şekil değiştirme hipotezine göre mil çapları hesaplanırsa,

eemvvvü ~

222 3 beçv

0ç 0e

16

3333d

M

w

M b

b

bbv

222 ~3~~~beçv

0~ ç 0~ b

32

~~3d

M

w

M e

e

eev

eembe

vüd

M

d

M

16

3

32

33



32

2

33/110

16

67903

32

12033mm N

d d

mmd 83.11

olarak bulunmuştur. Mil çapı mümkün olduğu kadar büyük seçilerek sürekli mukavemet

bölgesinde kalması sağlanmak istenmektedir. Ayrıca mille birlikte üretilecek pinyon

dişlinin boyutları da göz önüne alınarak mil çapı d=20 mm seçilmiştir.

2.4.5.2 2. Milin Boyutlandırılması

2. milin boyutlandırılmasında 1. milden farklı olarak mil üzerinde bulunan dişli

çarkın ağırlığı göz önüne alınmalıdır. Dişli çarkın ağırlığı,

g V G D D D 11

ifadesiyle hesaplanabilir. Burada G [N] dişlinin ağırlığı, V [m3] dişlinin hacmi, ρ [kg/m3]

St50 malzemesinin yoğunluğu, g [m/s2] yerçekimi ivmesini ifade etmektedir. Buradan

N g bd

G Db

D 9281.97850028.04

23.0

4

2

2

2

21

olarak hesaplanmıştır.

x-z düzleminde;

Ax

F

Bx

40

x

z

R3 GD1

FR2

60 60

N F U 3772

N F F U R 13720tan37720tan22

N F U 10613





34

Mx

[N/mm ]2

Z

4060 60

45420

27180

Nmm M M M x ye 474704542013800 2222

Nmm M M t B 454202


eemvvvü ~

222 3 beçv

0ç 0e

16

3333d

M

w

M b

b

bbv

222 ~3~~~beçv

0~ ç 0~ b

32

~~3d

M

w

M e

e

eev

eembe

vüd

M

d

M

16

3

32

33





36

y-z düzleminde;

y

z By Ay

F

60 100

U4

;0 A M 060160 3 U y F B

N B y 398

0 y F ;

N A y 663

Moment diyagramları;

My

[N/mm ]2

Z

60 100

1125

Mx

[N/mm ]

2

60 60

39780 Nmm M M M x ye 39796397801125 2222



37

Nmm M M t B 1696003


eemvvvü ~

222 3 beçv

0ç 0e

16

3333d

M

w

M b

b

bbv

222 ~3~~~beçv

0~ ç 0~ b

32

~~3d

M

w

M e

e

eev

eembe

vüd

M

d

M

16

3

32

33

2

33/110

16

1696003

32

39796mm N

d d

mmd 9.25

olarak bulunmuştur. Mil çapı mümkün olduğu kadar büyük seçilerek sürekli mukavemet

bölgesinde kalması sağlanmak istenmektedir. Mil çapı d=50 mm seçilmiştir.

2.4.6 Rulmanlı Yatak Seçimi

Tasarlanan rüzgar türbini sisteminin rüzgar enerjisinin süreksizliği göz önünde

bulundurularak günde ortalama 8 saat çalıştığı varsayılmaktadır. Ayrıca kurulan sisteminen az 5 yıl çalışması istenmektedir. Buna göre sistemin optimum ömrü,



38

150053658 h L saat

olarak alınmıştır.

2.4.6.1 1. Milin Rulman Seçimi

1. milin hızı n1=2500 d/dk‟dır. Yatakların optimum ömür süresi boyunca devir

toplam devir sayısı,

225010

60250015000

10

6066

1

n L

L h milyon devir

A yatağı için rulman seçimi;

N A A P y x A 10025.9425.34 2222

P Lc P

c L

/1

mmd

c

17

13101002250 3/1

6203

NKS rulman kataloğundan hesaplanan değerlere göre 6203 nolu rulman seçilmiştir.

B yatağı için rulman seçimi;

N B B P y x B 30175.28275.102 2222

P Lc P

c L

/1

mmd

c

17

39443012250 3/1

6203




39




36010

6040015000

10

6066

2

n L

L h milyon devir


N A A P y x A 791757230 2222

P Lc P c L

/1

mmd

c

35

56271791360 3/1

6207



N B B P y x B 690681111 2222

P Lc P

c L

/1

mmd

c

35

4908690360 3/1

6207





90

10

6010015000

10

6066

3

n L

L h milyon devir



40


N A A P y x A 3.66366375.18 2222

P Lc P

c L

/1

mmd

c

45

29733.66390 3/1

6209



N B B P y x B 2.39839825.11 2222

P Lc P

c L

/1

mmd

c

45

17852.39890 3/1

6209


2.4.7 Kamaların Boyutlandırılması

Kama malzemesi seçiminde mil ve dişli aşınmasını önlemek için daha yumuşak

St37 malzemesi seçilmiştir. St37 için akma mukavemeti 230 Ak N/mm2, kayma

mukavemeti 150 K N/mm

2

olarak alınmıştır. Kamalar boyutlandırılırken emniyetkatsayısı s=2 olarak seçilmiştir. Buna göre emniyet gerilmeleri,

2/1152

230mm N

s P AK

em

2/752

150mm N

s K

em

Kamalar boyutları mil çaplarına göre TS 147 standartından seçilmiştir. Seçilenkama boyutları,



41

1. dişli çark çapı 40mm için,

b=12mm h=8mm t1=5mm t2=3.3mm

mml mml

mm N l l b

Fuem

2542.0

/7512

377 2

olarak seçilmiştir. Ezilmeye göre kontrol edilirse,

22

2

/115/57.43.325

377mm N mm N

t l

F P u


1. dişli çark için seçilen kama,

Kama B 12x8x25-St37 TS147/9

2. dişli çark çapı 50mm için,

b=14mm h=9mm t1=5.5mm t2=3.8mm

mml mml

mm N l l b

Fuem

561

/7514

1061 2

olarak seçilmiştir. Ezilmeye göre kontrol edilirse,

22

2

/115/98.48.356

1061mm N mm N

t l

F P u


2. dişli çark için seçilen kama,

Kama B 14x9x56-St37 TS147/9



42

3. RÜZGÂR TÜRBĠNLERĠ

Rüzgârın kinetik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren makinalar rüzgar türbini

olarak adlandırılır. İlk rüzgar türbinleri M.S. 10.yy‟ da İran‟ da geliştirilmiştir. Bu türbinler düşey eksenlidir ve tahıl öğütme ve su pompalama amaçlarıyla kullanılmıştır. 19. yy‟ ın 2.

yarısında ABD‟ de çok kanatlı rüzgar çarkları kullanılmaktadır. Rüzgar enerjisinden

elektrik üretme çalışmaları 19. yy‟ ın sonlarında başlamıştır. Bu amaçla 2 veya 3

aerodinamik kanatları olan yatay eksenli rüzgar türbinleri geliştirilmiştir. Rüzgar türbinleri

genel olarak türbin rotorunun konumuna göre yatay eksenli ve düşey eksenli olarak

sınıflandırılır.

3.1. Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri

Yatay eksenli rüzgâr türbinleri rüzgâra paralel yatay bir eksen etrafında dönen

rotorlara sahiptir. Bu türbinler kanat sayısına göre 2, 3 veya çok kanatlı türbinlerdir. Türbin

rotorunun yönüne göre rüzgâra karşı veya rüzgâr yönünde türbinler olarak sınıflandırılır.

Yatay eksenli rüzgâr türbinleri kanat bağlantı mafsalına göre ise rijit veya destek mafsallı

türbinler olarak sınıflandırılır. Bu türbinler rüzgârdan daha fazla yararlanabilmek için bir

kulenin tepesine yerleştirilir. Kuleler kafes yapısında veya boru şeklinde olabilir. Bir

kulenin tepesine yerleştirildikleri için bakımları zordur ve yerçekimi nedeniyle tekrarlı

gerilmelere maruz kalırlar. Türbin kanatlarının rüzgâra yönlendirilmesi gerekir.

ġekil 14. Yatay Eksenli Rüzgar Türbini



43

3.2. DüĢey Eksenli Rüzgâr Türbinleri

Düşey eksenli rüzgâr türbinlerinin en yaygın türleri savanius ve darrieus çarklarıdır.

Savanius çarkı eksenleri birbirlerine göre kaydırılmış 2 yarın silindirin birleştirilmesi ileoluşmuştur. Düşey eksenli rüzgar türbinlerinin rotorları düşey bir eksen etrafında döner ve

bu türbinlerin rüzgarı her yönden alabilir. Bu nedenle bir ayar düzeneğine gerek yoktur.

Kumanda mekanizmaları ve jeneratör yerde oldukları için bakımları kolaydır ve tekrarlı

gerilmeler altında çalışmazlar. Buna karşın dönerken kanatlarda değişken gerilmeler

oluşur. Bu nedenle tasarımlarda yorulma dayanımlarının göz önüne alınması gerekir.

Yükseklere yerleştirildiklerinde yükseklerdeki kuvvetli rüzgarlardan yararlanamazlar. Yere

yerleştirildikleri için daha fazla türbülanslı yeryüzü sınır tabaka bölgelerinde çalışırlar.

ġekil 15. Düşey Eksenli Rüzgar Türbini

3.3. Rüzgâr Hızı Ve Türbinde Üretilen Güç Arasındaki ĠliĢki

Rüzgâr türbin kanatlarına çarpan ve rotorun dönmesini sağlayan bir hava kütlesi

olduğunu bilmekteyiz. Bu durumda türbin hareketi esen rüzgârın hızı ile ilişkili olarak

değişmektedir. Bu durumda „„v‟‟ hızı ile hareket eden „„m‟‟ kütlesine sahip havanın bir

kinetik enerji aşağıdaki şekilde olacaktır.



44

ġekil 16. Hava Hızı

(joule)

Bu şekilde hareket halinde olan hava akışındaki güç, birim zamanda akan kinetik

enerji akışı olacağından.

Enerji = Güç x Zaman eşitliğinden birim zamanda ki enerji akışı;

= P.t = P.1

Bu durumda birim zamanda akan hava kütlesi için W= P olacaktır. Burada A gibi

bir alan boyunca v hızı ile hareket eden hava kütlesinin oluşturacağı güç;

ġekil 17. Birim Hava Kütlesi

alanı boyunca akan güç olarak alırsak bu durumda;

Olacaktır. Hava kütlesini hesaplamak için hava yoğunluğunu ve hacmini

çarpmamız gerekecektir.



45

m = .V

Hava kütlesi m‟ in A alanı boyunca v hızı ile birim zamanda hareket edecek olursa

birim hava kütlesi m;

m = .A.v

m eşitliğini güç ifadesinde yerine yazacak olursak;

Elde etmiş oluruz. Burada denklemi genel anlamda A alanı boyunca oluşan rüzgar

gücü açısından yazarsak;

Burada;

: Rüzgâr akışındaki mekaniksel güç (watt)

: Hava yoğunluğu

Not : 1 atmosferlik hava basıncında ( deniz seviyesinde ) ve 15 sıcaklıkta

= 1,225

A = Rotor kanatlarının süpürdüğü alan ( rüzgarın geçtiği bölgenin kesit alanı )

= birim zamanda akan havanın kütlesi (kg/s)

Güç eşitliğinden de anlaşılacağı gibi güç ifadesinin rüzgar hızına bağlı olarak

değişimi hızın küpü ile orantılı olarak değiştiği görülmektedir.



46

ġekil 18. Güç - Rüzgar Hızı İlişkisi

Burada verilen güç birim m^2 başına karşılık gelen güç olup, bu büyüklük bir

bölgenin özel gücü olarak veya güç yoğunluğu olarak adlandırılır. Dolayısıyla bir bölgenin

özel gücü

olup birimi ( )‟ dir.

Not : İki bölgenin rüzgar potansiyeli, özel rüzgar güçleri cinsinden karşılaştırılır ve

dönen kanatların süpürdüğü alan açısından w/ olarak verilir. Bu güç rüzgar hızının küpü

ile orantılı olarak değiştiğinden, örneğin rüzgar hızının iki katına çıkması gücün 8 kat

artması 10mph hızında 8 saatte elde edilebilir. Hız 5 mph‟ ye düşerse aynı enerjiyi

yakalayabilmek için türbini 64 saat çalıştırmak gerekir.( yaklaşık 2,5 gün ). Tabi düşük

hızlarda rüzgar türbinleri hareket ettirmez.

güç ifadesi aynı zamanda türbin rotorunun süpürdüğü alan ile

doğru orantılıdır. Yatay eksenli türbin için rotor süpürme alanı;

A = .

D: Rotor çapı



47

Görüldüğü üzere A alanı yatay eksenli kanat çapının karesi ile orantılıdır.

Dolayısıyla rüzgâr gücü „„ ‟‟ ile orantılıdır. Yani kanat çapı iki katına çıkarıldığı takdirde

rüzgâr gücü 4 katına çıkar. Bu basit inceleme daha büyük rüzgâr türbinleri ile çalışma

konusunda ekonomik ölçüt hakkında bize genel karşılaştırma imkânı verir. Bu rüzgâr

türbininin maliyeti yaklaşık kanat çapı ile orantılı olarak artar. Hâlbuki güç kanat çapının

karesi ile orantılıdır. Sonuç olarak daha büyük rüzgar türbinleri daha ekonomiktir. Düşey

eksenli rüzgar türbininin (rotorun) süpürdüğü alan tam dairesel olmamasından dolayı daha

karmaşık bir yapı arz eder. Bu alan yaklaşık olarak;

A = D.H ile verilebilir.

ġekil 19. Düşey Eksenli Rüzgar Türbin Kantlarının Taradığı Alan

Burada:

D: Rotor kanatlarının maksimum genişliği

H: Rotor kanatlarının dikey maksimum yüksekliği göstermektedir.

Rüzgar türbinlerindeki en önemli noktalardan biri farklı rüzgar hızlarındaki

yakalanacak enerji miktarıdır. Rüzgar ve güç arasındaki düzensiz ilişkiden dolayı, rüzgar

ortalama güç bağıntısını elde edebilecek toplam enerji tahmininde kullanmalıyız.

Örnek 1: 0 ‟ de ve 1 atmosfer basınç altında 8 m/s rüzgar hızından 200 saatlik bir

çalışma süresinde 1 lik alanda üretilebilecek enerji miktarını hesaplayınız.



48

( = 1,293 kg/ )

=

= 331,008 x 200 saat = 66201,6 Wh‟ lık enerji üretilir.

Örnek 2: 0 ‟ de ve 1 atmosfer basınç altında 4 m/s rüzgar hızından 100 saat

boyunca ve 12 m/s rüzgar hızında 100 saatlik çalışma süresinde 1 lik alanda

üretilebilecek enerji miktarını hesaplayınız.( = 1,293 kg/ )

=

= 41,376 x 100 saat = 4137,6 Wh‟ lik enerji üretilir.

=

= 1117,152 x 100 saat = 11171,2 Wh‟lik enerji üretilir.

= 4137,6 + 111715,2 = 115852,8 Wh‟lik enerji elde edilmiş olur.

Görüldüğü üzere bir işletme periyodu boyunca ortalama rüzgar hızı kullanımı

oldukça büyük hatalar oluşturabilmektedir. Her iki örnekte de ortalama hız aynı olmasına

rağmen 2. Örnekteki sonuç 1. Örneğe oranla daha fazladır.



49

4. ENERJĠ VE ÇEVRE ĠLĠġKĠSĠ

Yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelişin çevresel nedenlerinin daha iyi

açıklanabilmesi için öncelikle enerji ile çevre arasındaki ilişkinin ortaya konulmasıgerekmektedir. Enerji-çevre ilişkisinin doğru bir biçimde anlaşılabilmesi için öncelikle

çevrenin tanımının yapılması gerekmektedir.

Çevre, “insan faaliyetleri ve canlı varlıklar üzerinde hemen ya da süre içinde

dolaylı ya da dolaysız bir etkide bulunabilecek fiziksel, kimyasal, biyolojik ve toplumsal

etkenlerin belirli bir zamandaki toplamıdır.” Bu toplamı etkileyen en önemli ögelerden

biri enerjidir. Ülkelerin sanayileşmesinde, sosyal ve ekonomik kalkınmasında, önemli ve

vazgeçilmez bir ögedir. Enerjiye yönelik etkinlikler birçok çevre sorununu da beraberindegetirmektedir.

Üretiminden tüketimine kadar her safhası ayrı ayrı çevre sorunlarına neden olabilen

enerjinin ekonomik, çevreci, güvenli kaynaklardan sağlanması, artan enerji talebini en

güvenli ve doğru biçimde karşılayacak bir anlayış çerçevesinde, enerji-çevre ilişkisinde iyi

bir denge kurularak oluşturulması için yaşamsal bir gerekliliktir.

Yaşadığımız dünyanın hızla yok olduğu ve bu yok oluşu durdurmak, en azındanazaltmak için bir an önce bir şeyler yapılması gerektiği kabul edilen bir gerçektir. Enerji ile

çevre arasındaki ilişkiye bakıldığında iki konunun bir bütün olduğu ve birlikte

değerlendirilmeleri gerektiği görülmektedir. Yenilenemeyen, fosil kaynakların

kullanımından doğan çevresel sorunların çözümü, yenilenebilen, çevre dostu enerji

kaynaklarının tercih edilmesinden geçmektedir.

4.1. Enerjinin Çevre ve Ġnsan Sağlığına Etkileri

Doğal çevreyi tüm insan faaliyetleri etkilemektedir. Bu faaliyetlerin en etkilileri

enerji alanında gerçekleşenlerdir. İnsan etkinliklerinin doğrudan etkilediği bir olgu haline

gelmiş; iklim değişikliği, başta enerji üretimi olmak üzere çeşitli insan etkinlikleri ile

tanımlanır hale gelmiştir. Fosil yakıtların kullanımı ile ortaya çıkan olumsuz sonuçlar

gerek bitki ve hayvan yaşamını gerekse insanların sağlıklarını tehdit etmektedir. Canlılar

dünyasına karşı giderek büyüyen bu tehdidi daha iyi anlayabilmek için enerji kullanımının

çevre ve insan sağlığına etkileri ayrı başlıklar altında incelenecektir.



50

4.1.1. Enerjinin Çevre Sağlığına Etkileri

Otomobillerimizin ve fabrikalarımızın çıkardıkları CO2‟nin havakürede birikerek

dünyamıza ne büyük zararlar verdiği bilinmektedir. Karbon içeren yakıtların kullanımısonucu, havaküredeki CO2 oranları artmaktadır. Bu artışın çevresel zararlara yol açtığının

bilinmesine karşın, yakıt ve enerji sistemlerimiz doludizgin kullanılmaya devam

etmektedir. Son yıllarda bu zararların giderilmesi için enerjinin yenilenebilir kaynaklardan

verimli biçimde kullanımı gibi önlemler alınmaktadır.

4.1.1.1. Sera Etkisi ve Küresel Isınma

Öncelikle CO2 (Karbondioksit), CO (Karbon monoksit), SO2 (Kükürt dioksit),

NOx (Azot oksitler), tozlar ve CH (Hidrokarbonlar) gibi gazlar sera etkisi yaparak yer

kürenin ısınmasına, çevre ve özellikle atmosfer kirliliğine neden olmaktadırlar. Tozlar ve

hidrokarbon gazlar kirliliğin en önemli ögeleridir. Asit yağmurlarının oluşmasında SO2 ve

zehirleyici olan NOx‟ ler etkili olmaktadır. Küresel ısınmaya neden olan sera gazlarının en

önemlisi CO2 gazıdır ve toplam sera gazı miktarı içindeki payı % 80 civarındadır.

Kısaca, fosil yakıtların yoğun bir biçimde yakılmasıyla başta karbondioksit olmak

üzere, atmosferde sera gazlarının giderek artması ve buna bağlı olarak enerjinindünyamızın yüzeyinden ve atmosferden kaçışının engellenmesi sonucu dünyamızın

ısınması, sera etkisi olarak tanımlanmaktadır.

4.1.1.2. Ġklim DeğiĢikliği

Kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtların yanması sırasında ortaya çıkan CO2

ve metan gibi sera gazlarının içeriklerinde ısı tutma özelliğine sahip olmaları nedeniyle

sera etkisi ortaya çıkmaktadır. Güneş, doğal dengenin devamı için, gün içerisinde

atmosferin içine ısı ve ışığını vermekte ve bu ısının ise belli ölçüdeki miktarı tekrar uzaya

dönmesi gerekirken, sera etkisi bu dönüşü engellemekte ve dünyanın gerekenden daha

fazla ısınmasına yani küresel ısınmaya yol açmaktadır. Bu da iklimin değişmesine ve

bozulmasına neden olmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı bütün bu iklim

değişikliğine neden olan etmenlerin ortadan kalkmasına olanak sağlamaktadır.



51

4.1.1.3. Diğer Çevresel Etkiler

Karbon içeren yakıtları yakmakla yalnız hava küreye ve sağlığımıza zarar vermekle

kalmaz, aynı zamanda ağaçlara da zarar veririz. Havaküredeki kirleticiler, ağaçları öldürüp büyük ormanlık alanlara zarar vermektedir. Ayrıca bu kirleticiler yaprakların üzerinde

bulunan ve fotosentez (bitkilerin besinlerini üretme yöntemi) olayının gerçekleşmesine ya

da soluk almalarına yarayan küçük delikleri tıkayarak (bitkilerin besinleri parçalayarak

enerjiye dönüştürme yöntemi), onların canlı kalmalarını engellemektedir. Kirli

havakürenin diğer bir etkisi ise asit yağmurlarıdır. Asit yağmurları, bitki ve ağaç

yapraklarını yakmakta, topraktaki minerallerin erimesine yol açmaktadır. Bitkiler ise

eriyen bu minerallerden kendilerine zararlı olanlarını süzüp eleme yapamazlar. İşin en kötü

yanı ise toprağın kendisinin çok asit barındırıp değişik ürün ve büyük miktarlarda üretim

yapmaya elverişsiz hale gelmesidir.

4.2. Enerjinin Ġnsan Sağlığına Etkileri

Bugün fosil yakıtların insan sağlığı açısından yarattığı olumsuzluklar her geçen gün

katlanarak artmaktadır. İklim değişikliğinin, insan sağlığı üzerinde çoğunlukla ölümlere de

neden olabilecek düzeyde olumsuz ve geniş bir etkiye sahip olabileceği bilinmektedir. Bu

etkiler doğrudan olabileceği gibi dolaylı yollardan da ortaya çıkabilir. Kalp - damar ve

solunum hastalıklarından kaynaklanan ölümler ve sıcak hava dalgalarının şiddetindeki ve

süresindeki artışlar nedeniyle oluşan hastalıklar, dolaylı etkilerin başında gelmektedir.

Taşkınlar ve fırtınalar gibi aşırı hava olaylarındaki artışlar, ölüm, yaralanma ve psikolojik

hastalıkların ortaya çıkma oranlarında bir yükselme ve tatlı su varlığında bir kirlenme

oluşturabilecektir. İklim değişikliğinin dolaylı etkileri, malarya (sıtma), bazı virüs kökenli

beyin iltihapları gibi enfeksiyon salgınlarının taşınma potansiyelindeki artışları

içermektedir. Enfeksiyon hastalıklarındaki olası artışlar, esas olarak taşıyıcı organizmaların

etkin olduğu coğrafi alanların sınırlarındaki ve mevsimlerdeki genişlemeden

kaynaklanmaktadır.



52

5. MALĠYET ANALĠZĠ

Enerji maliyet hesabı yapılırken, sabit yıllık sermaye masrafı metodu kullanılmıştır.

Burada;

Faiz Oranı i %5 (0,05)

Santral Ömrü n 25 Yıl

Türbin Gücü Ne 1200 W

Türbin Verimi ŋ %25

5.1. Birim Tesis Bedeli Eğrisi

Yatırım maliyeti hesaplanırken birim tesis bedeli eğrisi kullanılarak birim tesis

maliyeti ( ) hesaplanır.

ġekil 20. Birim Tesis Bedeli Eğrisi

Buradan 4000 $/kW olarak belirlenir. = 1200 kW = 1.2 kW

Son olarak yatırım maliyeti = formülünden hesaplanır.



53

= 1.2*4000 = 4800

= 4800[ ]

= 341 $

5.2. Yıllık Üretilen Enerji Miktarı

E = 24*365* * ŋ

E = 24*365*1200*0,25

E = 2628000 Wh

5.3. Birim Yatırım Maliyeti

=

=

= 0,0001298 $/Wh = 0,1298 $/kWh

Burada birim kWh başına çıkan maliyetin yüksek olmasının nedeni bir tek rüzgar

türbini üzerinden hesaplama yapılmasıdır. Birim tesis bedeli eğrisine bakılırsa santral gücü

arttıkça birim tesis maliyeti düşmektedir.

5.4. Birim ĠĢletme ve Bakım Maliyeti

Toplam yıllık ve bakım masrafı rüzgâr sistemlerinde başlangıç maliyetlerinin %2 si

kadardır. Yıllık işletme ve bakım maliyeti;

= *0,02

= 4800*0,02

= 96 $

=



54

=

= 0,00003653 $/Wh = 0,03653 $/kWh

5.5. Birim Elektrik Enerji Maliyeti

g = + = 0,03653+0,1298

g = 0,16633 $/kWh = 30kr/kWh

Üstte belirtilen nedenlerden dolayı birim elektrik enerji maliyeti de normalden fazla

çıkmaktadır. Tesis kurulması ya da seri üretim durumunda bu maliyet yüksek oranda

düşecektir.



55

6. SONUÇLAR

Rüzgâr enerjisi, tesis kurulum maliyetleri yüksek olması ve süreklilik sorunu

olmasına karşın fosil kökenli kaynaklara nazaran yüksek bir paydayla alternatif olabilecek enerji kaynağıdır. Rüzgâr enerjisi maliyeti bakımından ele alındığında, elde edilen güç

arttıkça birim tesis maliyeti azalmaktadır. Bu sonuç rüzgâr türbinlerinin çok sayıda bir

arada bulunması ile yani rüzgâr çiftliği şeklinde enerji üretim tesisleri ile enerji üretimi

yapılırsa kurulum maliyeti daha kısa sürede elde edilebilir.

Rüzgârdan elde edilen enerjinin maksimum olabilmesi için, çarkın giriş hızının

maksimum çıkış hızının ise sıfır olması gerekir. Fakat bu durum fiziksel olarak imkânsız

olduğu için, rüzgârdan elde edilen enerji sınırlıdır. Bu sınır yapılan hesaplamalar sonucunda %59.26 olarak belirlenmiştir. Bu limit verime „„Betz limiti‟‟ adı verilmiştir.

Rüzgâr türbinleri, dişli kutusu, türbin rotoru, kule, çark ve elektrik jeneratöründen

oluşur. Rüzgârın türbin kanatlarını çevirmesi ile elde edilen mekanik enerji dişli kutusu

vasıtası ile uygun devirler doğrultusunda gücü elektrik jeneratörüne iletilerek elektrik

enerjisi elde edilmektedir. Rüzgâr enerjisinden elde edilen enerjinin sürekli olmaması

sorunu ise sisteme volan bağlamakla, rüzgârın bir kısmının depo edilmesi ve sonradan

kullanılması gibi çözümlerle sağlanmaktadır.

Türkiye‟de rüzgâr enerjisi henüz gerektiği kadar ilgi görmese de, 2005 yılından bu

yana büyük bir ivmeyle artış göstermektedir.2005 yılında Türkiye‟de rüzgârdan yıllık elde

edilen enerji 20,1MW iken 2011 yılına gelindiğinde bu değer 1805,85MW mertebesine

ulaşmıştır.



56

KAYNAKLAR

1. Tanrıöver, M, Rüzgâr ve Güneş Enerjili Güç Sistemleri, Yıldız Teknik Üniversitesi

2011, İstanbul.

2. Ataman, A, Türkiye‟de yenilenebilir enerji kaynakları, T.C.Ankara üniversitesi Sosyal

bilimler enstitüsü Kamu yönetimi ve siyaset bilimi (yönetim bilimleri) Anabilim dalı,

Ankara, 2007.

3. Gençoğlu, M, Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Türkiye Açısından Önemi, Fırat

Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik -Elektronik Mühendisliği Bölümü, Elazığ.

4. Bayraktar , H, Yayınlanmamış Yenilenebilir Enerji Kaynakları Ders Notları, K.T.Ü., Trabzon, 2012.

5. Babalık, F, Makine Elemanları ve Konstrüksiyon Örnekleri, 3 Baskı, Nobel Yayın

Dağıtım, Ankara, 2008

6. Şen, Z, ve Özçilingir, N, Teknik Resim Temel Bilgiler, Ege Reklam Basım Sanatları

Ltd, İstanbul, 2007

7. Şen, Z, ve Özçilingir, N, Makine Meslek Resmi II, Ege Reklam Basım Sanatları Ltd,

İstanbul, 2004

8. URL -1, http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/modul_pdf/522EE0399.pdf . 2

Nisan 2012.


Nisan 2012.


Mayıs 2012.

http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/modul_pdf/522EE0399.pdf












Documents

YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNİ TASARIMI-2012 - Kopya