T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ÇİFT ROTORLU (KANAT PROFİLLİ) YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNİ

MÜHENDİSLİK TASARIMI

Ahmet Musa KEKİÇ

Baran Giray IŞILDAK

ARALIK 2019

TRABZON

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ÇİFT ROTORLU (KANAT PROFİLLİ) YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNİ

Ahmet Musa KEKİÇ

Baran Giray IŞILDAK

Danışman: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU

Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Cevdet DEMİRTAŞ

Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU

ARALIK 2019

TRABZON

I

ÖNSÖZ

Araştırma ve çalışmalarımızda bize yardımcı olan değerli hocalarımız Prof. Dr. Burhan

ÇUHADAROĞLU’na ve Dr. Öğr. Üyesi Cevdet DEMİRTAŞ’a teşekkür ederiz.

Ahmet Musa KEKİÇ

Baran Giray IŞILDAK

Trabzon 2019

II

ÖZET

Bu çalışmada günümüzün popüler enerji üretim yöntemlerinden biri olan standart rüzgar

türbinlerini, çift kanat profili ve winglet ile revize ederek özellikle düşük rüzgar hızlarında elde

edilen verimin artırılması hedeflenmektedir. Çalışma kapsamında standart rüzgar türbinlerinde

bulunan ön kanat profili arkasına ekstra bir kanat profili daha ilave ederek, ön türbinde

kullanılan ve enerji üreten rüzgarın ikinci türbinden de geçerek yeniden enerji üretmesi

sağlanacaktır. Wingletler yardımı ile de düşük rüzgar hızlarındaki devir sayısı artırılacak ve

dolayısı ile üretilen enerji miktarında artış gözlemlenecektir.

İki kanat profili , biri cidarlı diğeri cidarsız olmak üzere tamamen farklı iki mile bağlı

olacaktır. Bu miller birbiri içinde tamamen bağımsız çalıştırılarak iki kanat profilinde üretilen

güç doğrudan bu millere bağlanmış 2 farklı jeneretöre iletilecek ve tek kanat profiline nazaran

üretilen güç artacaktır.

Ön kanat profiline eklenecek winglet tasarımı düşük rüzgar hızlarında elde edilecek devir

sayılarını oldukça artırmakla kalmayıp ön kanat profilinin yarattığı türbülansı azaltarak ve kanat

uçlarına taşıyarak ikinci kanat profilinin daha stabil bir şekilde çalışmasına yardımcı olacaktır.

Anahtar Kelimeler: Kanat, Winglet, Rüzgar, Enerji, Verim

III

SUMMARY

In this study; standard wind turbines, one of today's popular energy production

methods are revised with double wing profile and winglet. Especially at low wind speeds, it is

aimed to increase the efficiency achieved. Within the scope of the study the wind used in the

front turbine, which produces energy, will pass through the second turbine and will be re-

generated by adding an extra wing profile to the back of the front wing profile in standard

wind turbines. Also the number of cycles at low wind speeds will be increased by the help of

winglets therefore, an increase in the amount of energy produced will be observed.

Two wing profiles will be connected to two completely different miles, one with a

wall and the other without a bolt. These two miles will work in each others. The power

generated in the two wing profiles will be transmitted directly to 2 different generators

connected to these shafts and compared to the single wing profile, the power generated will

increase.

The winglet design to be added to the front wing profile will greatly increase the

number of cycles at low wind speeds and also it will help the second wing profile work more

stable by reducing the turbulence created by the front wing profile and moving it to the wing

tips.

Keywords: Wing, Winglet, Wind, Power, Efficiency

IV

İÇİNDEKİLER

ÖNSÖZ…………………………………………………………………………………I

ÖZET…………………………………………………………………………………..II

SUMMARY…………………………………………………………………………..III

İÇİNDEKİLER……………………………………………………………………….IV

ŞEKİLLER DİZİNİ………………………………………………………………...…VI

TABLOLAR DİZİNİ………………………………………………………………...VII

1. AMAÇ ve KAPSAM…………………………………………………………………...1

1.1.Giriş………………………………………………………………………………...2

1.2.Literatür Taraması………………………………………………………………….3

2. HAFTALIK ÇALIŞMA PROGRAMI………………………………………………....6

3. MÜHENDİSLİK HESAP ve ANALİZLERİ…………………………………………..7

3.1. YAPILAN HESAPLAR

3.1.1. KANAT PROFİLİ HESAPLAMALARI………...…………………….….7

3.1.1.1 KANAT TASARIMI…………………………………...………..…..7

3.1.1.2 JENERATÖR HESABI……………………………………...………8

3.1.1.3 MİL HESABI……………………………………………...…………9

3.1.1.4 BURULMA KONTROLÜ………………………...………………..10

3.2. YAPILAN TASARIM

3.2.1. KANAT PROFİLİ (CİDARLI MİL) HESAPLAMALARI……….…….11

3.2.1.1.KANAT TASARIMI…………………………………..……………..11

3.2.1.2.JENERATÖR HESABI……………………………….……………...12

3.2.1.3.MİL HESABI…………………………………………..……………..13

3.2.1.4.BURULMA HESABI…………………………………….……….….14

4. ÇEVRESEL ETKİ DEĞERLENDİRMESİ…………………………………………..15

ÖZET……….…………………………………………………………………….15

4.1. GİRİŞ…………………………………………………………………………….15

4.2. RÜZGAR TÜRBİNLERİNİN ÇEVRESEL ETKİLERİ…………………………16

4.2.1. ARAZİ KULLANIMI…………………………………………………….17

4.2.2. GÜRÜLTÜ ETKİSİ………………………………………………………17

4.2.3. HAVA KİRLİLİĞİNE ETKİSİ…………………………………………...19

4.2.4. ELEKTROMANYETİK ALAN ETKİSİ…………………………………21

4.2.5. GÖRÜNTÜ VE ESTETİK ETKİSİ…………………………..…………...21

V

5. MALİYET HESABI…………………………………………………………………..22

6. SONUÇLAR………………………………………………………………………….23

7. KAYNAKLAR……………………………………………………………………….24

8. EKLER………………………………………………………………………………..26

VI

ŞEKİLLER DİZİNİ

SAYFA NO:

Şekil 1. Rüzgar enerji türbini şeması…………………………………………...…………….. 1

Şekil 2. Çift kanat profilli rüzgar türbini şematiği………...…………………………………... 2

Şekil 3. Rüzgar türbininde winglet kullanımı………...……………………………………….. 3

Şekil 4. Farklı açılardaki winglet görünüşleri …………………………………..……………. 4

Şekil 5. Şekil-5: Bir rüzgar türbini şeması…...……………………………...………………... 4

VII

Tablolar Dizini

Sayfa No:

Tablo-1. Rüzgar türbininde winglet kullanımı ………………………………….…………….. 5

Tablo-2. TSR – Cp – Winglet açısı…………..……………………………………………….. 5

Tablo-3 :Haftalık çalışma programı………………………….……………………………….. 5

Tablo-4:Kurulu güç ve enerji açısından RES ve HES karşılaştırılması...…………………….. 5

Tablo-5: Uzaklığa göre gürültü seviyesi………..…………………………………………….. 5

Tablo-6: Bazı seslerin desibel değerleri………...…………………………………………….. 5

Tablo-7: Karbondioksit, kükürtdioksit ve azotoksit emisyonları….………………………….18

Tablo-8: 1 kWh’lik elektrik enerjisi üretimiyle salınımı en fazla önlenen emisyonlar….....18

Tablo-9: Kuşların ölüm sebebi………………………………………………………………. 19

1

1. AMAÇ ve KAPSAM

1.1 GİRİŞ

Günümüzde insanoğlunun enerjiye olan bağımlılığı yadsınamaz seviyededir. Bu enerji

ihtiyacı günümüzde fosil yakıtlar sayesinde karşılansa da önümüzdeki yıllarda fosil yakıt

rezervleri azalarak tükenecektir. Bu durumda, oluşan enerji açığı yenilenebilir enerji kaynakları

tarafından karşılanmak durumunda kalacaktır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının fosil yakıtlar

gibi tükenme riski yoktur ve güneş ve rüzgar enerjileri, güneş var oldukça kullanılabilir

olacaklardır.

Yenilenebilir enerji türlerinin en popülerlerinden biri olan rüzgar enerjisi, güneş ışınlarının

oluşturduğu alçak ve yüksek basınç alanları arasında oluşan hava akımlarının bir kanat profilini

döndürmesi ve bu döndürme enerjisinin jeneratör yardımı ile elektrik enerjisine dönüştürülmesi

sonucu enerji üretmesi mentalitesi ile çalışmaktadır.

Şekil – 1: Rüzgar enerji türbini şeması

2

Bu projeye motive eden sebep düşük rüzgar hızlarında elde edilen verimi artırıp, şehir içi

bölgelerde rüzgar türbini kullanımını sağlayabilecek olmasıdır. Bu sayede her bina çatısında

rüzgar türbinleri verimli bir şekilde kullanılabilecek ve bu sayede evlerin enerji ihtiyaçlarının

bir kısmı karşılanabilecektir.

1.2 LİTERATÜR TARAMASI

Standart rüzgar türbinlerini veriminin artırılmasının hedeflendiği bu çalışmada, standart

rüzgar türbinlerinin aksine iki adet kanat profili kullanılması dolayısı ile ön kanattan geçen

rüzgarın ikinci kanatta tekrar kullanılarak verimin artırılması hedeflenmektedir.

Şekil – 2: Çift kanat profilli rüzgar türbini şematiği

3

Şematiği şekilde görülen türbin tasarımında rüzgar ilk olarak ön kanat profiline çarparak

standart rüzgar türbinlerindeki gibi kanat profilini döndürecek, kanata bağlı olan mil, elde

edilen dönme enerjisini bağlı olduğu jeneratöre aktaracak ve enerji üretimini sağlayacaktır.

Projenin içerdiği yeniliklerden biri olan ikinci kanat profili, ilk kanat profilinde kullanılmış

rüzgarı tekrar kullanarak dönme enerjisi üretecek ve bu enerji jeneratör yardımı ile elektrik

enerjisine dönüştürülecektir.

Bir diğer yenilik ise ön kanatta revize edilen winglet (kanat ucu) tasarımıdır. Bu

tasarımın rüzgar türbini tasarımına çeşitli faydaları bulunmaktadır.

Rüzgar türbinlerinde winglet kullanımı düşük rüzgar hızlarında devir sayısını oldukça

artırmaktadır. Bu özellik, projemizin şehir içinde kullanılacağı düşünüldüğünde verimi oldukça

artıracak bir avantaj sağlamaktadır.

Şekil – 3: Rüzgar türbininde winglet kullanımı

4

Yapılan deneyler sonucu oluşan bazı grafikler aşağıda verilmiştir.

Tablo – 1: Rüzgar hızı – Devir sayısı – Winglet açısı

Tablo – 2: TSR – Cp – Winglet açısı

Grafiklerde de görülebileceği üzere wingletsiz bir kanat tasarımında 4.5 m/s rüzgar

hızında devir sayısı en düşük olmakla beraber rüzgar hızı 6m/s üzerine çıktığında wingletsiz

5

tasarım daha avantajlı olmaya başlamaktadır. Özellikle 45 ve 30 dereceli winglet kullanımları

düşük rüzgar hızlarında devir sayısını artırmaktadır.

Şekil – 5`de gösterilen grafikte görüleceği üzere kanat uç hız oranı(TSR) 0.4 olduğu

anda 30 derece açılı winglet avantajını göstermeye başlamaktadır. 30 derecelik açı 0.65 TSR`da

0.125 Cp ile en yüksek verime ulaşır.

Şekil – 4: Farklı açılardaki winglet görünüşleri

6

2. HAFTALIK ÇALIŞMA PROGRAMI

Yapılan Çalışma \ Hafta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Ön Çalışmalar X X

Literatür Taraması X X X X X

Mühendislik Hesapları X X X X X

Malzeme Seçimi X X X X X

Çevresel Etki

Değerlendirmesi

X X X

Rapor Yazımı X X X

Tablo-3 :Haftalık çalışma programı

7

3. MÜHENDİSLİK HESAPLARI VE ANALİZLERİ

1. Kanat profilinde 60° winglet kullanıldığı varsayılarak hesaplamalar yapıldı.

3.1. KANAT PROFİLİ HESAPLAMALARI

3.1.1. KANAT TASARIMI

𝑃 = 0,5. 𝜌. 𝐴. 𝑉3

𝜌 = 1,225 [𝑘𝑔

𝑚3]

𝑉 = 5 [𝑚

𝑠]

𝐴 =𝜋. 𝐷2

4[𝑚2]

𝑃 = 3𝑊 seçildi.

3 = 0,5.1,225. 𝐴. 53

𝐴 = 0,049 𝑚2

𝐷 = 0,223𝑚

8

3.1.2 JENERATÖR HESABI

Kanat uç hız oranı; 𝜆 = 7 seçilmiştir.

𝜆 =𝜔. 𝑅

𝑉

7 =𝜔. 0,223

5

𝜔 = 156,95 [𝑟𝑎𝑑

𝑠]

𝜔 =𝜋. 𝑛

30

𝑛 = 1498,76 [𝑑𝑒𝑣

𝑑𝑎𝑘]

Winglet tablosundan; 60° wingletin 𝑛 [𝑑𝑒𝑣

𝑑𝑎𝑘] ‘nın 2,8 kat arttırdığı görülmektedir.

Yeni değerimiz;

1498,76.2,8 = 4196,53 [𝑑𝑒𝑣

𝑑𝑎𝑘]

9

3.1.3 MİL HESABI

Al-6063-T6 kullanılmıştır.

Mil uzunluğu 400mm seçilmiştir.

𝑀𝑏 = 9550.𝑃

𝑛

𝑀𝑏 = 9550.0,003[𝑘𝑊]

4196,53 [𝑑𝑒𝑣𝑑𝑎𝑘

]

𝑀𝑏 = 6,827. 10−3𝑁. 𝑚 = 6,827𝑁. 𝑚𝑚

𝑀𝑒,𝑚𝑎𝑥 = 𝐹. 𝐿 = 𝑀𝑏 = 6,827𝑁. 𝑚𝑚

Tam değişken yükleme durumu olduğundan 𝜎0 = 0;

𝜎𝑔 =𝑀𝑒,𝑚𝑎𝑥

𝑊𝑒

𝜎𝑔 =32.6,827

𝜋. 𝑑𝑖3 =

69,539

𝑑𝑖3

𝐾𝑏 = 0,95 seçildi.

𝜎𝐷∗ =

𝐾𝑏 . 𝐾𝑦

𝐾ç. 𝜎𝑒𝐷 =

0,95.0,85

1,2. 0,58.190 = 74,155 [

𝑁

𝑚𝑚2]

𝜎 =190

74,155.69,539

𝑑𝑖3 =

178,17

𝑑𝑖3

𝜏𝑏 =𝑀𝑏𝑊𝑏

=16.6,827

𝜋. 𝑑𝑖3 =

34,769

𝑑𝑖3

𝜎𝐵 = √𝜎2 + 3. 𝜏2 ≤𝜎𝐴𝐾

𝑠

𝜎𝐵 = √3932,62

𝑑𝑖6 ≤

190

3

𝑑𝑖 = 1,437𝑚𝑚 ≈ 1,5𝑚𝑚

10

3.1.4 BURULMA KONTROLÜ

𝜃 =𝑀𝑏 . ℓ

𝐺. 𝐼𝑝=

32.6,827.0,4

24000. 𝜋𝑑𝑖4 ≤ 𝜎𝑒𝑚

𝜎𝑒𝑚 = 0,005. ℓ = 0,005.0,4 = 2. 10−3[𝑟𝑎𝑑]

𝑑𝑖 ≥ √32. 𝑀𝑏 . ℓ

𝐺. 𝜋. 𝜎𝑒𝑚

4

= √32.6,827.400

24000. 𝜋. 2. 10−3

4

𝑑𝑖 = 4,91𝑚𝑚 ≈ 5𝑚𝑚

Burulmaya karşı dayanım çapının daha büyük olmasından dolayı 𝑑𝑖 = 5𝑚𝑚 seçilmiştir.

11

3.2. KANAT PROFİLİ (CİDARLI MİL) HESAPLAMALARI

3.2.1. KANAT TASARIMI

3 W güç üretimi için gereken hesap analizi

𝑃 = 0,5. 𝜌. 𝐴. 𝑉3

𝜌 = 1,225 [𝑘𝑔

𝑚3]

𝑉 = 5 [𝑚

𝑠]

𝐴 =𝜋. 𝐷2

4[𝑚2]

0,5.1,225. 𝐴. 53 = 2,41

𝐷 = 0,2 𝑚

𝐴 = 0,0314 𝑚2

𝑃 = 2,41 𝑊 ≈ 3 𝑊

12

3.2.2. JENERATÖR HESABI

Kanat uç hız oranı; 𝜆 = 7 seçilmiştir.

𝜆 =𝜔. 𝑅

𝑉

7 =𝜔. 0,2

5

𝜔 = 175 [𝑟𝑎𝑑

𝑠]

𝜔 =𝜋. 𝑛

30

𝑛 = 1671,127 [𝑑𝑒𝑣

𝑑𝑎𝑘]

13

3.2.3. MİL HESABI

Al-6063-T6 kullanılmıştır.

Mil uzunluğu 100mm seçilmiştir.

𝑑𝑖 = 5𝑚𝑚 alınmıştır

𝑀𝑏 = 9550.𝑃

𝑛

𝑀𝑏 = 9550.0.003[𝑘𝑊]

1671,127 [𝑑𝑒𝑣𝑑𝑎𝑘

]

𝑀𝑏 = 0,017𝑁. 𝑚 = 17𝑁. 𝑚𝑚

𝑀𝑒,𝑚𝑎𝑥 = 𝐹. 𝐿 = 𝑀𝑏 = 17𝑁. 𝑚𝑚

Tam değişken yükleme durumu olduğundan 𝜎0 = 0;

𝜎𝑔 =𝑀𝑒,𝑚𝑎𝑥

𝑊𝑒

𝜎𝑔 =32. 𝑑. 17

𝜋. (𝑑4 − 𝑑𝑖4)

=173,61. 𝑑

(𝑑4 − 𝑑𝑖4)

𝜎𝐷∗ =

𝐾𝑏 . 𝐾𝑦

𝐾ç. 𝜎𝑒𝐷 =

0,95.0,85

1,2. 190 = 127,85 [

𝑁

𝑚𝑚2]

𝜎 =190

127,85.

173,61. 𝑑

(𝑑4 − 𝑑𝑖4)

=258. 𝑑

(𝑑4 − 𝑑𝑖4)

𝜏𝑏 =𝑀𝑏𝑊𝑏

=16.17. 𝑑

𝜋. (𝑑4 − 𝑑𝑖4)

=86,58. 𝑑

(𝑑4 − 𝑑𝑖4)

𝜎𝐵 = √𝜎2 + 3. 𝜏2 ≤𝜎𝐴𝐾

𝑠

𝜎𝐵 = √89052,289. 𝑑2

(𝑑4 − 𝑑𝑖4)2

≤295

3

𝑑 = 5,1𝑚𝑚 ≈ 5,5𝑚𝑚

14

3.2.4. BURULMA KONTROLÜ

𝜃 =𝑀𝑏 . ℓ

𝐺. 𝐼𝑝=

32.17.100

25800. 𝜋. (𝑑4 − 𝑑𝑖4)

≤ 𝜎𝑒𝑚

𝜎𝑒𝑚 = 0,005. ℓ = 0,005.0,1 = 5. 10−4[𝑟𝑎𝑑]

(𝑑4 − 𝑑𝑖4) ≥

32. 𝑀𝑏 . ℓ

𝐺. 𝜋. 𝜎𝑒𝑚 → (𝑑4 − 54) =

32.17.100

24000. 𝜋. 5. 10−4

𝑑 = 6,744𝑚𝑚 ≈ 7𝑚𝑚

Burulmaya karşı dayanım çapının daha büyük olmasından dolayı 𝑑 = 7𝑚𝑚 seçilmiştir.

Standartlarda hesaplanan ölçüler olmadığı için iç çap 10mm Alüminyum boru, Cidarlı

mil dış çap 10mm Alüminyum boru seçilmiştir.

Alüminyum boru torna tezgahında 7,6mm çapına getirilecektir.

15

4. ÇEVRESEL ETKİ DEĞERLENDİRMESİ

Özet:

Rüzgâr enerjisi; yenilenebilir, temiz ve doğal bir enerji kaynağıdır. Rüzgâr enerjisinden

faydalanılarak elektrik enerjisi üretmek amacıyla günümüzde yatay eksenli rüzgâr türbinleri

kullanılmaktadır. Bu başlık altında rüzgar enerji santrallerinin neden olduğu çevresel etkilerde

bahsedilmiştir.

4.1. Giriş

Rüzgâr enerjisi; sürekli, kararlı ve güvenilir bir enerji kaynağıdır. Rüzgârdan elde

edilecek enerji, rüzgâr hızına, kanat çapına ve esme süresine bağlı olarak değişmektedir.

Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretmek amacıyla günümüzde yatay eksenli rüzgâr

türbinleri kullanılmaktadır. Bu tip türbinler, kanatların kinetik enerjisini mekanik enerjiye

çevirip dişli kutusu üzerinden jeneratöre ileten ve jeneratörde de elektrik enerjisi üretimini

sağlayan sistemlerdir. Yatay eksenli rüzgâr türbinleri; temel olarak kanatlar, kule, gövde,

düşük hızlı şaft, eğim ve kanat döndürme mekanizmaları, dişli kutusu, yüksek hızlı şaft

jeneratör ve kontrol ünitesi gibi elemanlardan oluşmaktadır. Yatay eksenli bir rüzgâr

türbininin genel yapısı Şekil 1’de verilmiştir.Rüzgar türbinleri, çevreye herhangi bir

emisyon yaymayan ve sera etkisine sebep olmayan enerji üretim kaynaklarıdır. Bu sebeple,

dünyada rüzgâr enerjisinin kullanımı her yıl giderek artmaktadır.

Dünya rüzgâr türbini kurulu gücü Ekim 2016 itibariyle 456 GW olup yıllık ortalama

büyüme oranı yaklaşık %15 seviyelerindedir. Rüzgâr türbinlerinin çevreci santraller olması,

çevreye hiçbir olumsuz etkisinin olmadığı anlamına gelmemektedir.Rüzgâr türbinlerinde

oluşabilecek en önemli çevresel sorun gürültü olarak değerlendirilmektedir. Bu sebeple,

rüzgâr enerjisi santralleri yerleşim yerinin olmadığı ya da yükselti farklılıklarından dolayı

gürültünün çok az hissedildiği yerlere inşa edilmektedir. Ayrıca, rüzgâr türbinlerindeki

teknolojik gelişmeyle beraber gürültü seviyeleri de giderek düşmektedir. Rüzgâr, her zaman

yeterli hızda esmemektedir. Bu durumda da rüzgardan elektrik enerjisi üretimi ya kesikli

olmakta ya da hiç gerçekleşmemektedir. Yüksek hızla dönen rüzgâr türbini kanatları, kuş

ölümlerine neden olabilmektedir. Ancak yürütülen çalışmalarda, bu kuş ölümlerinin ciddi

boyutlarda olmadığı ortaya konulmuştur. Bu başlık altında, rüzgâr türbinlerinin çevresel

16

etkileri (gürültü, habitata etkisi, görüntü ve estetik etkisi, elektro-manyetik alan etkisi vb.)

açıklanmıştır.

Şekil-5: Bir rüzgar türbini şeması

4.2. Rüzgar Türbinlerinin Çevresel Etkileri

Rüzgâr enerjisi; yenilenebilir, yerli ve dışa bağımlı olmayan bir enerji kaynağıdır.

Rüzgâr enerjisi, yenilenebilir bir kaynak olduğundan dünya var oldukça rüzgârdan

enerji üretimi devam edecektir. Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretimini

gerçekleştiren rüzgâr türbinleri, enerji üretimi açısından en çevreci santrallerden biridir.

Bu santraller, ekolojik yapıyı korur ve doğal dengeyi bozmaz. Ayrıca rüzgâr türbinleri,

küresel ısınmaya ve asit yağmurlarına yol açmayan, karbondioksit, kükürtdioksit ve

azotoksit emisyonları çıkarmayan, insan sağlığına ve bitki örtüsüne olumsuz etkileri

olmayan temiz bir enerji üretim kaynağıdır. Rüzgâr türbinlerinin diğer çevresel etkileri;

arazi kullanım oranı, gürültü etkisi, habitata etkisi, elektromanyetik alan etkisi, görüntü

ve estetik etki şeklinde sıralanabilir. Rüzgâr türbinlerinin tüm çevresel etkileri aşağıda

detaylıca izah edilmiştir.

17

4.2.1. Arazi Kullanımı

Rüzgâr enerji santralleri çok geniş yer kaplıyor gibi görünmesine rağmen

santralde türbinlerin kapladığı alan, toplam alanın yaklaşık %1-1.2’si düzeyindedir.

Bu nedenle, rüzgâr enerji santrallerinde geriye kalan alan (%98-99), tarım ve hay-

vancılık için kullanılabilmektedir. Tek türbin açısından değerlendirildiğinde ihtiyaç

duyulan alan 700-1000 𝑚2

𝑘𝑊düzeyindedir. Rüzgar enerji santrallerinin birim kurulu

güç başına toplam alan ihtiyacı 0.1-0.2 𝑘𝑚2

𝑘𝑊 seviyesindedir. Kurulu güç ve enerji

üretimi açısından bir rüzgâr enerji santrali ve hidrolik enerji santralinin arazi

kullanım oranları Tablo 4’de karşılaştırılmıştır.

Tablo-4: Kurulu güç ve enerji açısından RES ve HES karşılaştırılması

4.2.2. Gürültü Etkisi

Gürültü, rüzgâr enerjisi mühendisliğinin en önemli konularından biridir.

Gürültü, istenmeyen ses olarak tanımlanmaktadır. Rüzgâr türbinlerinde gürültü

iki farklı sebeple oluşmaktadır. Bunlardan ilki dişli sistemi, jeneratör, soğutma

fanları gibi sistemlerden kaynaklanan mekanik gürültü; ikincisi ise rüzgâr ve

kanat etkileşimi sebebiyle ortaya çıkan aerodinamik gürültüdür. Günümüzdeki

teknolojik gelişmeler neticesinde, mekanik gürültü büyük ölçüde önlenmiştir. Bu

nedenle, ağırlıklı olarak aerodinamik gürültü üzerine iyileştirme çalışmaları

yürütülmektedir. 600 kW ve 2 MW güç kapasiteli rüzgar türbininden belli

uzaklıkta hissedilen gürültü seviyeleri desibel (dB) cinsinden Şekil 2’de

verilmiştir. 600 kW güç kapasiteli rüzgar türbininden 200 m uzaklıkta duyulan

gürültü seviyesi 46.5 dB iken; 2 MW güç kapasiteli rüzgar türbininden aynı

uzaklıkta duyulan gürültü seviyesi 47 dB olarak belirlenmiştir. Rüzgâr

türbinlerinin güç kapasiteleri birbirinden çok farklı olmasına rağmen; rüzgâr

türbini teknolojisindeki gelişmeler neticesinde gürültü seviyeleri arasındaki farkın

18

ciddi oranda azaldığı tespit edilmiştir.Çeşitli kaynakların çıkardığı gürültü

seviyeleri (dB) Şekil 3’de verilmiştir. Rüzgâr türbinlerinin çıkardığı gürültü 50

dB seviyesindedir ve diğer çoğu kaynaktan (uçaklar, havalı matkap vb.) çıkan

gürültüye göre daha azdır. Bu durum, rüzgâr türbinlerinde oluşan gürültünün

insanları rahatsız edecek bir düzeyde olmadığını göstermektedir.

Tablo-5: Uzaklığa göre gürültü seviyesi

Tablo-6: Bazı seslerin desibel değerleri

19

4.2.3. Hava Kirliliğine Etkisi

Günümüzde elektrik üretiminde en sık kullanılan enerji kaynakları; kömür,

doğal gaz ve petroldür. Bunlar, aynı zamanda en fazla zararlı gaz (karbondioksit,

kükürtdioksit ve azotoksit) yayan enerji kaynaklarıdır. Enerji kaynaklarından

elektrik enerji üretimi sırasında ortaya çıkan karbondioksit, kükürtdioksit ve

azotoksit emisyonları (Tablo 7’de) verilmiştir. Elektrik enerjisi üretiminde

karbondioksit emisyonu en yüksek olan enerji kaynakları sırasıyla kömür, petrol

ve doğal gaz; azotoksit emisyonu en yüksek olan enerji kaynakları ise sırasıyla;

kömür, doğal gaz ve petrol şeklinde sıralanmaktadır. Yenilenemez enerji

kaynaklarının aksine rüzgâr enerjisi karbondioksit, kükürtdioksit ve azotoksit

emisyonu yaymayan ve sera etkisi yaratmayan çevreci bir enerji kaynağıdır. Bu

sebeple de son yıllarda rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretimi hızla

artmaktadır. Rüzgâr türbininden 1 kWh’lik elektrik enerjisi üretimiyle salınımı

en fazla önlenen emisyonlar sırasıyla; kükürtdioksit (7.1 gr), azotoksit (2.8 gr),

karbonmonoksit (0.9 gr), karbondioksit (0.7 gr) ve partikül madde (0.18 gr)

şeklindedir (Tablo 8). Dünya genelinde 2025 yılına kadar elektrik enerjisi

ihtiyacının sadece %10’unun rüzgâr enerjisinden sağlanması durumunda atmosfere

salınan karbondioksit emisyonunun yılda 1.41 Gton azalacağı öngörülmektedir.

Bu sebeple, enerji santralleri kurulurken çevresel etkilerin de değerlendirilerek

yatırımların yapılması son derece önem arz etmektedir.

Tablo-7: Karbondioksit, kükürtdioksit ve azotoksit emisyonları

Tablo-8: 1 kWh’lik elektrik enerjisi üretimiyle salınımı en fazla önlenen emisyonlar

20

Danimarka’da yapılan bir araştırmada, rüzgâr türbinleri sebebiyle yıllık

ortalama 20,000 civarında kuş ölümünün gerçekleştiği belirlenmiştir. Ayrıca bu

araştırmada, avlanma sebebiyle 1,500,000, enerji hatlarına çarparak yaklaşık

1,000,000 ve trafikte ise yaklaşık 2,000,000 kuşun her yıl öldüğü tespit edilmiştir

(Tablo 9). Avlanma, enerji hatları ve trafik sebebiyle gerçekleşen kuş ölümleri;

rüzgâr türbinlerinde gerçekleşen kuş ölümleriyle karşılaştırıldığında rüzgâr

türbinlerine çarparak gerçekleşen kuş ölümlerinin diğerlerine göre oldukça düşük

seviyede olduğu belirlenmiştir.

Tablo-9: Kuşların ölüm sebebi

21

4.2.4. Elektromanyetik Alan Etkisi:

Rüzgâr türbinleri, elektromanyetik alan oluşturarak kurulduğu bölgedeki

havacılık ve denizcilik haberleşmelerini, radyo ve televizyon yayınlarını

olumsuz etkileyebilmektedir. Bu etki, rüzgâr türbinlerindeki gövde ve kanatların

bir ayna görevi görmesinden kaynaklan-maktadır. Alıcıdan gelen sinyaller

yansıtılmakta ve bu sinyaller alıcıya giden sinyalleri doğrudan etkilemektedir.

Rüzgâr türbinlerinde elektromanyetik alan açısından en kötü koşullar yüksek

frekanslarda oluşmaktadır. Rüzgâr türbinlerindeki bu elektromanyetik etki;

türbinlerin mikrodalga rotaları üzerinde bulunmamasıyla, kablo bağlantılarıyla

veya yerel yükselticilerin kullanılmasıyla aşılabilmektedir. Rüzgâr türbinlerinin

elektromanyetik etkisi, kanat malzemesi ve kanat büyüklüğüyle doğrudan

ilişkilidir. Ayrıca rüzgâr türbinlerinde metal malzeme kullanıldığında

elektromanyetik etki ve gürültü oranı daha yüksek olmaktadır. Bu problem, rüzgâr

türbini kanatlarının fiberglas, cam-elyaf veya karbon-elyaf malzemeden

üretilmesiyle aşılabilmektedir.

4.2.5. Görüntü ve Estetik Etki

Rüzgâr enerji santrallerinde yer alan rüzgâr türbinlerinin görsel ve onları

çevreleyen manzara üzerine etkileri bulunmaktadır. Görsel etkilerden en

önemlileri; rüzgâr türbinlerindeki gölge titreşimi ve parıltı etkisidir. Güneşin

doğuşu ve batışı sırasında rüzgâr türbinlerinin dönmekte olan kanatları gölge

oynamasına ve gölge titreşimine sebep olabilir. Benzer şekilde cilalı kanatlara

gelen güneş ışığı da etrafa yansıyarak parıltı etkisine neden olabilir. Bu tür

sorunlar, türbinin ve kanatların gün içerisinde her türlü renk koşullarına uyan açık

mat gri renkle boyanmasıyla giderilebilir. Bir diğer görüntü kirliliğine engel

olmak içinse kafes tipi kulelerin yerine boru tipi kuleler tercih edilmelidir.

Günümüzde boru tipi kuleler tercih edilmektedir.

22

5. MALİYET HESABI

Malzeme Birim fiyat Adet Maliyet

500W Alternatör 1000 1 1000 TL

250W Alternatör 750 1 750 TL

St 50 Mil 20 1 20 TL

St 50 Cidarlı mil 50 1 50 TL

360 Dönme

mekanizması

50 1 50 TL

Demir ayak 100 1 100 TL

Kanat profilleri 60 6 360 TL

Civata 50 TL

Genel Toplam 2380 TL

23

6. SONUÇ

Proje kapsamında standart bir rüzgar türbininden elde edilen enerjiden daha fazla enerjiyi

yaklaşık aynı alanı kullanarak ve daha verimli şekilde üretmeyi mümkün kılacaktır.

Winglet kullanılan kanatlar ile kullanılmayanlara göre dakikada daha fazla devir

üretilebilir. 45 derecelik açıya sahip wingletli kanat dakikada en yüksek deviri üretir. Düşük

TSR için 30 derecelik winglet kullanımı sonucu en yüksek Cp elde edildi.

Düşük rüzgar hızlarında kullanılması amaçlanan bu sistem, şehir içlerinde rüzgar enerjisi

kullanılarak özel mülklerde kullanılan enerjinin bir kısmını karşılamayı hedefler.

24

7. KAYNAKLAR

1. GWEC, “Global Wind Report Wind Energy Technol”, 75, 2014

2. Aravindkumar N, “Analysis of The Small Wind Turbine Blade with

and Without Winglet”, 2014.

3. Tobin N, Hamed and Chamorro L, “An Experimental Study on The

effect of Winglets on The Wake and Performance of A Model wind

Turbine Energies”, 2015.

4. Tony B, David S, Nick J and Ervin B, “Wind Energy”, Handbook

(John Willey & Sons Ltd., UK), 2001.

5. R inaldo G, Diego M and Juancarlo R, “Winglets Design and

Analysis for Wind Turbine”, Florida International University Thesis,

2011.

6. Soren G, “Wind Turbines”, (University College of Aarhus), 2009.

7. Akhmad K, “Experimental Study of Effects of blade pitch angle

Against Horizontal Axis Wind Turbine Performance”, (EEPIS

Release), 2016.

8. Benjamin B, Morten J, Matt K, Stephen B and Jakob S, “Wind

Turbine Pitch Optimization”, IEEE International Conference on

Control Applications, 2011.

9. Başaran, E., Rüzgar Enerjisine Genel Bir Bakış, Kıbrıs Tük Mühendis ve Mimarlar Odası

Başkanlığı Yayını (KT-MMOB), 2009.

10. Şenel, M. C., Rüzgar Türbinlerinde Güç İletim Mekanizmalarının Tasarım Esasları-

Dinamik Davranış, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Ens-titüsü, Makina

Mühendisliği Anabilim Dalı, 2012.

25

11.http://www.boschrexroth.ca/country_units/america/canada/en/50_industries/industries/win

dener gy/wind_components/index.jsp;jses-sionid=cabq-cw4UPt4Z5pBBdzRt, 11.01.2015’de

erişildi.

12. Aydın, İ., Balıkesir’de Rüzgar Enerji-si, Eastern Geographical Review, cilt 18, sayı 29,

s.29-50, 2013.

13. Şenpınar, A., Gençoğlu, M. T., Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Çevresel Etkileri

Açısından Karşılaştırılması, Doğu Anadolu Bölgeleri Araştırmaları, s.49-54, 2006.

14. Yerebakan, M., Rüzgar Enerjisi, İstanbul Ticaret Odası, Yayın no: 2001-33, İstanbul, 2001.

15. Karadeli, S., Rüzgar Enerjisi, Elektrik Enerjisi Etüt İdaresi Genel Müdürlü-ğü, Ankara, s.

1-38, 2001.

16. Doğanlı, M., Rüzgar Türbini Gürültüsü, Sağlık Etkileri ve Düzenleme Önerileri, Novosim

Mühendislik, 2010.

17. Durak, S. ve Özer, S., Rüzgar Enerjisi Teori ve Uygulama, İmpress Yayınevi, Ankara, 2008.

18. Çağlar, M., Canbaz M., Türkiye’de Rüzgar Enerjisi Potansiyeli, IV. Ulusal Temiz Enerji

Sempozyumu, İstanbul, s. 347-357, 2002.

19. Özkaya M. G., Variyenli H. İ., Uçar, S., Rüzgâr Enerjisinden Elektrik Enerjisi Üretimi

ve Kayseri İli İçin Çevresel Etkilerinin Değerlendirilmesi, Cumhuriyet Üniversitesi Fen-

Edebiyat Fakültesi Fen Bilimleri Dergisi, cilt 29, sayı 1, s.1-20, 2008.

20. Prof. Dr. Talat TEVRÜZ, Makina Elemanları ve Konstrüksiyon Örnekleri Cilt 1-Çağlayan

Kitabevi

26

8.EKLER