İnsanlar yüzyıllardır rüzgar enerjisini kullanıyor. Rüzgar, yelkenlilerden yel değirmenlerine kadar insanlık tarihi boyunca önemli bir enerji kaynağı oldu. Ancak son yıllarda rüzgar enerjisi fosil yakıtlara verimli ve sürdürülebilir bir alternatif olarak daha fazla önem kazandı. Bunun sonucunda da rüzgar türbinleri dünyanın dört bir yanındaki kıyı şeritlerini ve dağ zirvelerini süslemeye başladı.
Peki ama akla gelmeme ihtimali olası bir soru soralım. Rüzgar türbinlerinin neden üç kanadı vardır? Farklı bir sayıda olsa daha estetik görünebilirdi. Ayrıca belki de daha çok enerji elde etme şansımız da olabilirdi. Aslına bakarsanız rüzgar türbinleri her zaman üç kanatlı değildi. Bu tasarım temelinde bir uzlaşıydı.
En yüksek miktarda elektriği verimli bir şekilde üretmek için dikkate alınması gereken çok şey vardır. Bunun sırrı da rüzgar enerjisinin arkasındaki mühendislikte yatmaktadır
Rüzgar Enerjisinin Tarihi ve Arkasındaki Bilim
İnsanlar, milattan önceki yıllarda bile rüzgâr enerjisini, düşük seviyelerdeki suların daha yükseğe çıkarılmasında ve buğday öğütülmesinde kullanmışlardır. Rüzgâr enerjisinin toplum tarafından kullanımı Batı Medeniyetlerinde başladığı sanılsa da ilk olarak Doğu Medeniyetlerinden Çin, Tibet, Hindistan ve İran’da kullanıldığı bilinmektedir. (Göz atmak isterseniz: Rüzgar Yakalayıcısı: Klimaya Alternatif Eski Bir Mühendislik Başarısı)
Rüzgâr gücünün kullanımı Asya’dan Avrupa’ya 10. Yüzyıl civarında geçmiştir ve bu geçişin ilk belirtileri olarak İngiltere’deki yel değirmenleridir. Endüstri devrimi ardından 18. Yüzyılda buhar makinelerinin ortaya çıkması ile birlikte dünya genelinde makinelerden yararlanarak enerji temin edilmeye başlanmıştır.
Rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üretimi ilk olarak Danimarka’da başlamıştır. 1897 yılında Danimarkalı meteorolog Paul La Cour, ilk kez elektrik üretim amaçlı 89 Watt gücündeki rüzgâr enerji santralini yapmıştır.
İlerleyen yıllarda yine Danimarka’da 1940 – 1950’li yıllar boyunca F.L. Smidth adlı mühendislik firması 2 ve 3 kanatlı rüzgâr enerji santralleri yapmışlardır. Ancak bu santraller doğru akim (DC) ile çalışan rüzgâr enerji santralleridir. İlk alternatif akım (AC) ile çalışan rüzgâr enerji santralini ise Paul La Cour’un öğrencilerinden Johannes Juul tarafından geliştirilmiştir.
1970’li yıllarda yaşanan petrol krizi ve 1980’li yıllardan itibaren artan çevre bilinci ile birlikte yeni enerji kaynaklarının aranmasına sebep olmuştur. Bu yıllardan itibaren de rüzgar enerjisi yeniden hatırlanmış ve devamında da verimliliğe odaklanılmıştır.
Rüzgar Türbinleri Nasıl Çalışır?
milin hareketi sayesinde jeneratör mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.
Bir rüzgar türbini için kanatlar tasarlarken etkili olan bir dizi faktör vardır. Belki de en önemli faktör aerodinamiktir. Aerodinamik denildiğinde aklımıza elbette ilk olarak uçaklar gelir. Aslına bakarsanız bir rüzgar türbininin kanatları da, bir uçağın kanatları gibi tasarlanmıştır. Yani kanadın bir tarafı düzken, diğer tarafı dışa doğru kavislidir. Bu kanat tasarımının da enerji verimliliği ile ilişkisi vardır.
Rüzgârın hareketi sırasında havadaki moleküller kanadın kavisli tarafında daha hızlı hareket eder. Bu nedenle kanadın kavisli tarafındaki basınç düz tarafındakinden daha düşüktür. Bu, basıncın yüksek olduğu taraftan düşük olduğu tarafa doğru bir kuvvetin ortaya çıkmasına neden olur. Bu kuvvet de kanatları döndürür.
Ancak kanatların rüzgar tarafından hareket ettirilmesi yeterli değildir. Mühendisler, en yüksek düzeyde verimliliği sağlamak için kanatları tasarlarken hız ve sürtünmeyi de göz önünde bulundurmalıdır. Örneğin, kanatlar nedeniyle çok fazla sürtünme oluşursa, güç verimi çok daha düşük olacaktır. Yeterince sürtünme oluşturulmazsa kanatlar çok hızlı hareket ederek çok fazla ses çıkaracaktır. Rüzgar türbinleri sessiz çalışmalıdır. Aksi durumda, rüzgar çiftliklerinin yakınında yaşayan kişilerin türbinlerin yerleştirilmesine karşı çıkma olasılığı daha fazla olur.
Rüzgar Türbinleri Neden Üç Kanatlıdır?
kanadı olan rüzgâr türbinleri kullanılmıştı.
Genel olarak, çoğu rüzgar türbini üç kanatlıdır. Üç kanatlı türbin tasarlama kararı aslında bir uzlaşmaydı. Normalde iki kanat, üç kanattan daha fazla enerji verimi sunar, ancak kendi sorunlarıyla birlikte gelir.
İki kanatlı rüzgar türbinleri, sallanmaya neden olan jiroskopik etki olarak bilinen bir fenomene daha yatkındır. Doğal olarak bu yalpalama, bir bütün olarak türbin için daha fazla stabilite sorunu yaratacaktır. Bu aynı zamanda türbinin bileşen parçaları üzerinde baskı oluşturarak türbinin zamanla aşınmasına ve zaman içinde daha az etkili hale gelmesine neden olur.
denge ve dayanıklılık problemlerinin ortaya çıkmasına neden olur.
Üçten fazla kanat sayısı ise torkun artmasına neden olur. Ancak kanat sayısının fazla olması durumunda ağırlıktaki ve sürtünmedeki artış nedeniyle kanatların dönüş hızı azalır. Bu da rüzgâr türbinlerinin enerji
verimini düşürür ve böylece üç kanatlı bir türbinden daha az verimli hale gelir. Bu nedenlerden dolayı, üç kanatlı olarak tasarlanan türbinler, yüksek enerji verimi ile türbinin kendisinin dayanıklılığı arasında ideal bir uzlaşmadır.
Son yıllarda üç kanatlı türbinlerin temiz enerji üretiminin standart modeli haline gelmesi gerçeğine rağmen, bu her zaman öyle olacakları anlamına gelmiyor. Mühendisler hala gelecekteki enerji üretim çabaları için daha iyi, daha verimli tasarımlar üzerinde çalışıyorlar. Önerilen en popüler tasarımlardan biri kanatsız türbinlerdir. Maliyet ve dayanıklılık açısından daha avantajlı türbinler üzerinde çalışmalar devam etse de bu sistem yaygınlaşana kadar rüzgar enerjisi üretimimizi üç kanatlı türbinler sayesinde elde etmeye devam edeceğiz
Kaynaklar ve ileri okumalar
- The scientific reason why wind turbines have 3 blades. Yayınlanma tarihi: 3 Mayıs 2022; Bağlantı: https://interestingengineering.com/
- To farm the deep seas, offshore power must look beyond traditional windmills. Yayınlanma tarihi: 12 Ocak 2015. Kaynak site: The Conversation. Bağlantı: To farm the deep seas, offshore power must look beyond traditional windmills
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
