Rüzgar Türbinleri Türleri HAWT, VAWT ve Daha Fazlası Açıklandı

Büyük çoğunluğu rüzgar türbinleri Ülke genelindeki rüzgar çiftliklerinde (hem karada hem de denizde) görülen standart 3 kanatlı tasarımlardır. Ancak, çok sayıda farklı stil/türde türbin mevcuttur ve bunların rüzgardan kinetik enerjiyi kullanma biçimleri oldukça farklıdır.

Rüzgâr türbinlerinin iki ana tipi vardır: Yatay eksenli ve Dikey eksenli. Yatay eksenli rüzgar türbinleri dönen eksen yatay olarak yönlendirilmiştir. Genellikle 3 kanatlıdır ve rüzgara doğru bakacak şekilde tasarlanmıştır. Dikey eksenli rüzgar türbinleri dönen eksen dikey olarak hizalanmıştır ve zıt yönde kinetik enerjiyi kullanacak şekilde tasarlanmıştır.

Yatay eksenli ve dikey eksenli rüzgar türbinlerinin yanı sıra, keşfedilmeye değer türbinin başka versiyonları da var.

En yaygın rüzgar türbini türü 'Yatay Eksenli Rüzgar Türbini'dir. Dönen eksen yatay olarak uzandığı için yatay eksen olarak adlandırılır (aşağıdaki şemaya bakın)

Yatay eksenli rüzgar türbinlerinin maksimum verimlilikte çalışması için doğrudan rüzgara doğru bakması gerekir ve tüm kafa rüzgara doğru dönecek şekilde tasarlanmıştır. Rüzgar yön değiştirdikçe, kafa da rüzgara doğru bakmaya devam etmek için dönmelidir (veya 'yaw' yapmalıdır).

Yatay eksenli rüzgar türbinleri, rüzgarın türbülanslı olmadığı alanlarda dikey eksenli türbinlere göre daha verimli çalıştıkları için, arazinin büyük ölçüde düz ve açık olduğu açık deniz rüzgar santralleri ve kara rüzgar santralleri için seçilir.

Boyuta Göre Üretildi

Enerji bilincine sahip ev sahipleri için ticari olarak çok sayıda küçük ölçekli yatay eksenli rüzgar türbini mevcut olsa da, bunların en büyük avantajlarından biri de üretim için iyi ölçeklenebilir olmaları ve ÇOK BÜYÜK inşa edilebilmeleridir. Bu, rüzgar çiftlikleri için kullanılmalarının bir diğer nedenidir. Beş adet 10 MW türbin yapmaktansa bir adet 2 megavat (MW) türbin inşa etmek ve işletmek çok daha uygun maliyetlidir.

Dünyanın en büyük rüzgar türbini (2021 yazı itibarıyla) 236 megavat (MW) nominal güç çıkışına sahip Vestas V15 türbinidir. 236 m'lik bir kanat rotor çapına sahiptir - Özgürlük Heykeli'nin yüksekliğinin iki katından daha fazladır! Kanatlarının tek bir dönüşü, ortalama bir haneyi bir gün boyunca çalıştırmaya yetecek kadar elektrik sağlayacaktır.

Dikey Eksenli Rüzgar Türbinleri

Daha az verimli ve daha az yaygın bir türbin ise 'Dikey Eksenli Rüzgar Türbini'dir. Dönen eksen dikey olarak yukarı doğru hizalandığı için dikey eksen olarak adlandırılır.

Yatay eksenli türbin rüzgar çiftliklerinde gördüğümüz büyük ölçeklerde dikey eksenli türbinler inşa etmek mümkün değildir. Şimdiye kadar inşa edilmiş en büyük dikey eksenli rüzgar türbini, Kanada, Quebec'teki 110 metre yüksekliğindeki 3.8 MW'lık "ÉOLE" türbiniydi. Ancak rotor yatağı, desteklemek zorunda olduğu 1993 ton ağırlık altında 880'te bozuldu. O zamandan beri çalışmıyor ve artık turistlerin ilgi odağı. Tek bir yatak üzerinde bu kadar ağır ağırlıkları doğrudan desteklemenin getirdiği mühendislik sorunları nedeniyle, kimsenin bundan daha büyük bir dikey eksenli türbin inşa etmeye çalışması pek olası değildir.

Esneklik için Tasarlandı

Daha küçük olsalar da, dikey eksenli rüzgar türbinlerinin yatay eksene göre sahip olduğu en büyük avantaj, sapmaya ihtiyaç duymamalarıdır. Her zaman her yönden rüzgar enerjisi toplarlar. Kanatların tasarlanma şekli nedeniyle, rüzgar nereden gelirse gelsin her zaman aynı yönde dönerler.

Bu, dikey eksenli rüzgar türbinlerinin, türbülanslı rüzgarın sürekli yön değiştirdiği şehir çatıları ve yapılaşmış alanlarda rüzgar enerjisini yakalamada daha iyi olmasını sağlar.

Dikey eksenli rüzgar türbinleri Eşdeğer güçteki Yatay eksenli türbinlerden daha az yer kaplarlar ve genellikle alanın sınırlı olduğu yerler için tercih edilirler.

Farklı VAWT Türleri

Dikey eksenli rüzgar türbinlerinin Savonius ve Darrieus adı verilen iki ana tasarımı vardır. Bu tasarımlar rüzgar enerjisini yakalama biçimleri bakımından oldukça farklıdır.

Savonius VAWT'leri

Savonius tarzı dikey eksenli rüzgar türbinleri, rüzgar enerjisini mekanik dönme enerjisine dönüştürmek için sürüklenme ilkesini kullanır. Türbine giren rüzgarı yakalamak, sürüklenme yaratmak ve böylece onu dönmeye zorlamak için şekillendirilmiş bir kepçe gibi çalışırlar (aşağıdaki şemaya bakın). Rüzgar hangi yönden gelirse gelsin, her zaman kepçenin hem önüne hem de arkasına çarpacaktır - ancak kepçenin yuvarlatılmış arkası daha az sürüklenme yaratır ve böylece türbinin dönmesine izin verir. Ancak bu, bir Savonius dikey eksenli rüzgar türbininin rüzgar enerjisinin en iyi ihtimalle yalnızca %15'ini mekanik dönme enerjisine dönüştürebileceği anlamına gelir.

Darrieus VAWT'leri

Darrieus dikey eksenli rüzgar türbinleri, rüzgar enerjisini mekanik dönme enerjisine dönüştürmek için kaldırma prensibini kullanır ve Savonius tarzı dikey eksenli türbinlerden daha verimlidir. Darrieus dikey eksenli rüzgar türbinleri, bir uçağın kanadı gibi şekillendirilmiş bir kesite sahip kanatlar kullanır. Rüzgar kanat üzerinden geçerken, kanat profili etkisi kaldırma kuvveti yaratır ve bu, türbini döndürür (aşağıdaki şemaya bakın).

Darrieus türbininin kanatçıkları düz, kavisli veya helezon şeklinde olabilir (aşağıdaki şemaya bakın).

Bunların hepsi Darrieus türbinleridir; rotor kanatlarının hepsi aynı kaldırma kuvveti yaratan kanat profilleridir, ancak farklı konfigürasyonlara sahiptirler.

Sarmal yapı belki de en ilgi çekici olanıdır, çünkü düz kanatlı bir türbinle aynı dönme alanı içerisinde daha uzun bir kanatçık kanadının yer almasına olanak tanır, böylece daha fazla rüzgar yakalanır ve verimlilik artar. 

Diğer Türbin Tasarımları

Rüzgâr türbinlerinin büyük çoğunluğu bu iki ana kategoriye (dikey eksenli ve yatay eksenli) girmekle birlikte, bu iki tasarımın normal konfigürasyonundan uzaklaşan çeşitli deneysel tasarımlar da mevcuttur.

Rüzgar Ağacı

Paris merkezli New World Wind şirketinin inşa ettiği 'Rüzgar Ağacı', Savonius marka dikey eksenli bir rüzgar türbini temel alınarak tasarlanmış olsa da, ağaç yapraklarına benzeyecek şekilde düzenlenmiş çok sayıda küçük türbinin kullanılması ve dekoratif bir kentsel özellik oluşturması bakımından yenilikçi bir tasarım.

Girdap Bıçaksız

Vortex Bladeless, rüzgardan kinetik enerji çıkarmak için tamamen farklı bir yöntem kullanan bir İspanyol şirketidir. "Türbinleri" geleneksel bir türbine hiç benzemiyor çünkü dönmüyor.

Vortex Bladeless sistemi, girdap kaynaklı rezonans adı verilen bir teknik kullanarak rüzgardan enerji çıkaran uzun, sütun şeklinde bir direk kullanır. Rüzgar sütunu geçerken, arkasında türbülans yaratır ve bu da sütunun ileri geri sallanmasına veya 'titreşmesine' neden olur ve doğrusal bir alternatörü çalıştıran ve böylece elektrik akımı üreten bu mekanik enerjidir.

Bu tip rüzgar jeneratörleri dönen kanatlara sahip olmadıkları için göçmen kuşlar veya yaban hayatı için tehlike oluşturmuyor.

Araçla Çalışan Türbinler

Birçok şirket, otoyolların ve otoyolların merkezi rezervine yerleştirilebilen küçük ölçekli dikey eksenli rüzgar türbinleri geliştirmeye başladı. 'Doğal' rüzgar tarafından tahrik edilmek yerine, bu türbinleri döndüren şey, yüksek hızda geçen araçların sürekli akışının neden olduğu türbülanstır. Yani, bunlar hala geleneksel dikey eksenli rüzgar türbinleri olsa da, yenilikçi olan uygulandıkları durumdur.

Çapraz eksenli rüzgar türbini (CAWT)

Çapraz eksenli rüzgar türbini, yeni bir çapraz bağlantılı konfigürasyonda hem yatay hem de dikey türbin kanatlarını kullanan deneysel bir dikey eksenli türbin tasarımıdır. Üç dikey kanat ve altı yatay kanatla, hem yatay hem de dikey yönlerden gelen rüzgar enerjisini yakalayabilir. Çalışmalar, aynı rüzgar koşullarında geleneksel bir dikey eksenli türbinden 2.5 kat daha verimli olduğunu bulmuştur.

Soğutma Kulesi Yukarı Akım Türbini

Bu tasarım, yatay olarak yönlendirilmiş ve soğutma kulelerinin tepesine yerleştirilmiş bir Darrieus dikey eksenli rüzgar türbininin yeni bir konfigürasyonunu önermektedir. Kuleden gelen egzoz hava akışından gelen yukarı doğru hava akımı, atmosfere atılmak yerine, türbini çalıştırmak için kullanılır.