Yazar : Prof. Dr. Zafer AYVAZ -------------------------------------------------------------------------------- Sayı : 11.Sayı (Temmuz - Eylül 2006) -------------------------------------------------------------------------------- Konu : Temiz Enerji -------------------------------------------------------------------------------- Rüzgar gücünden ilk olarak yelkenli gemilerde ve yel değirmenleri ile tahıl öğütmede yararlanılmıştır. 1.yüzyılda yaşayan İskenderiye`li Heron, Pneumatika adlı kitabında org çalmak için rüzgar gücünden faydalanıldığını belirtmektedir. ABD`de 1956`da yayınlanan bir kitabında Wulff`un belirttiğine göre, 10. yüzyılda İran`ın doğusundaki Sicistan bölgesinde düşey eksenli yel değirmenleriyle hem öğütme, hem de suların yükseltilmesiyle sulama yapılmaktaydı. 13.yüzyılda Şam`da yaşayan El Dimışki adlı bilim adamının düşey eksenli yel değirmeni çizimleri mevcut olup, bu tip değirmenlerin o yöredeki örneklerine 1963 yılında bile rastlamak mümkündü. Bu çizimlere dayanarak Wulff tarafından yapılan aerodinamik hesaplamalara göre, bu değirmenlerin 30 m/s rüzgar hızındaki gücü 22 BG` ye ulaşmaktaydı. Diğer bir tip olan yatay eksenli yel değirmenlerinin ilk olarak Hollanda, İngiltere, Fransa ve Almanya gibi Kuzey Avrupa ülkelerinde ortaya çıktığı sanılır. Hatta Hollanda`nın adı yel değirmenleriyle özdeşleşmiştir. Gerçekten de rüzgar gücü, Ortaçağ`da endüstri devrimine kadar Avrupa`daki temel enerji kaynaklarının başında gelmekteydi. Ancak yatay eksenli rüzgar değirmenlerinin mucidi, Anadolu`lu bir bilim adamı olan ve Batı Dünyası`nda adı kısaca "el Cezeri" olarak bilinen "Bedi-üz-Zaman Ebu`l İz İsmail el-Rezzaz el-Cezeri`dir. İsminden de anlaşılacağı üzere Ebu`l İz, Cizre`de yaşamış bir bilgindir. Sibernetiğin ve robotik biliminin babası kabul edilmektedir. 1136-1206 yılları arasında yaşayan bilginimiz bir robot yaparak Artuklu hükümdarı Mahmud bin Mehmed`e takdim etmiştir . Bunu gören Sultan hayretler içinde kalmış; takdirlerini belirterek, emeğinin karşılığını göreceğini söylemiş ve buluşlarını bir kitap halinde yazmasını istemiştir. Ebu`l Iz bunun üzerine yazdığı "Kitab-ül`-Cami Beyne`l-Ilmi- ve`l-Amelin-Nafi` Fi Sınaati`l-Hiyel" adlı kitabında, 300`e yakın otomatik makine ve bunların sistemleri ile ilgili bilgi verdikten sonra çalışma özelliklerini şemalarla göstermiştir. Sadece suyun kaldırma ve basınç gücünü kullanarak tamamen yeni bir teknik ve sistem kurmuş, çok yönlü otomatik hareketler elde edebilmiştir. Bu meşhur eser, 20. yüzyıl başında Prof. Wiedemann tarafından Almanca`ya, 1974 senesinde de "Al Jazari`s Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices" adıyla Donald R. Rill tarafından İngilizce`ye tercüme edilerak Boston ve Dordrecht`te basıldı. Bugün İstanbul Topkapı Sarayı III. Ahmed Kütüphanesi`nde bulunan A3472 kayıtlı yazma, özgün eserin bir ikinci el kopyasıdır. Bu kitabın dikkat çekici özelliklerinden biri de şekillerin sekiz yüzyıl önce boyanmasına karşın renklerin canlılıklarından hiçbir şey kaybetmemiş olmasıdır. Kültür Bakanlığı bu kopyanın "Olağanüstü Mekanik Araçların Bilgisi Hakkında Kitap" adıyla 3000 adet tıpkı basımını yapmıştır. (ISBN 975-17-0698-X Kültür Bakanlığı - 1990). Kitabın Türkçe çevirisi ne yazık ki bulunmamaktadır. Ebul-Iz`in makinelerinden birkaç tanesi Erlangen Üniversitesi`nde Alman Profesör Wiedemann tarafından yapılmış ve çalıştırılmıştır. ITÜ Bilim ve Teknoloji Tarihi Enstitüsü de, kitaptaki şekillerin aslına sadık kalarak, tavus kuşlu su saatini yapmıştır. Bu kitabın İngilizce tercümesine bir önsöz yazan meşhur bilim tarihçisi Prof. White Jr. önsözün bir yerinde; "Batılı bilginler konik sübapların ilk defa Leonardo Da Vinci`nin çizimlerinde görüldüğünü öğretirler. Halbuki İsmail Ebul-iz El Cezeri`nin resimlerinde de bunlar gözükmektedir."der. Ebu-l Iz`in bu eseri altı bölümden meydana gelmektedir. Beşinci bölümde derin olmayan bir kuyudan veya akan bir nehirden suyu yükselten aletler hakkında beş şekil vardır. Bu aletlerde kaldırma gücü olarak yatay eksenli rüzgar türbinlerinden yararlanılmaktadır. Bu tip rüzgar değirmenleri, Avrupa ve Amerika`da ancak 19. yüzyılın sonundan itibaren su pompalanması ve depolanmasında kullanılmaya başlanmıştır. Halbuki ülkemizde bunlar o tarihten 700 yıl önce kullanılmaktaydı. Hem de bizden bir bilim adamının buluşu sayesinde. Rüzgardan Elektrik Üretilmesi Güneşten dünyamıza ulaşan ışınlar yeryüzü katmanlarını farklı derecede ısıtır. Buradan atmosfere yansıyan ışınlarla hava ısınır. Farklı ısınma sonucunda meydana gelen yoğunluk ve basınç farkı, havanın bir yerden bir yere hareket etmesine sebep olur. Bu hava hareketlerine rüzgar adı verilir. Rüzgarın gücü gerçek anlamda ilk kez ne zaman keşfedilmiş derseniz. Aslında insanlar ilk çağlardan beri rüzgar gücünden faydalanmayı düşünmüşlerdir. Rüzgar enerjisinden sadece mekanik enerji, yani hareket enerjisi elde edilmez. Rüzgarın günümüzdeki en önemli kullanım yerlerinden birisi elektrik üretimidir. Rüzgar sayesinde fosil yakıtların neden olduğu küresel ısınmanın önüne geçmek ve temiz bir şekilde elektrik üretmek mümkün olmaktadır. Çünkü rüzgar santralinin hammaddeye ihtiyacı yoktur, kurulması da diğer santrallere göre daha hızlıdır. Üç ay gibi kısa bir zamanda inşası tamamlanıp üretime başlayabilir. Rüzgardan elektrik üreten türbinlerin yatırım maliyeti uzun vadede düşüktür. Bakım masraflarının az olması nedeniyle üretim maliyeti hemen hemen sıfırdır. Bir türbin, ürettiği elektrikle 2-3 senede kendini amorti eder. İlk olarak 1888`de ABD`deki Ohio Eyaletinin Cleveland kentinde Charles Brush ve 1891`de Danimarka`da Poul La Cour üç kanatlı pervaneye sahip yatay eksenli rüzgar türbinleriyle elektrik üretmeye başlamışlardır. Bunlar 25-35 kW gücünde küçük elektrik üreticileriydi. 2. Dünya Savaşı`ndan sonra Danimarkalı Gedser 200 kW`lık 3 kanatlı türbin yapmıştır. ABD`de ise 1930`lu yıllarda 1,25 MW`lık, çapı 53,3 m olan iki kanatlı büyük bir türbin Smith-Putnam tarafından yapılmış ve bu büyük kapasiteli türbinlerin benzerleri 1980`lerin başına kadar ABD Enerji Bakanlığı tarafından kullanılmıştır. 1970`lerin ortasındaki petrol krizinden sonra rüzgar enerjisinden elektrik üretme işine daha fazla ağırlık verilmeye başlanmıştır. Rüzgar Enerjisinden Elektrik Üretme Potansiyeli Rüzgarın taşıdığı enerji potansiyeli, hızın küpü ile orantılıdır. Rüzgar türbini kurmak için seçilen yörenin yıllık ortalama rüzgar hızı mümkün olduğu kadar yüksek olmalıdır. Rüzgar hızı yerden yükseldikçe artar. Hız, kıyıdan denize doğru açıldıkça da artmaktadır. Rüzgârın hızı yıldan yıla ve mevsimlere göre de değişmektedir. Türkiye`de Devlet Meteoroloji İşleri (DMI) tarafından rüzgar ölçümleri, yön ve şiddet olarak değişik konumlarda yapılmaktadır. Ülkemizin birçok yöresinde bu ölçümler yapılmış olup, yerden 10 m yükseklikte yıllık ortalama rüzgar hızının 4-5 m/s olduğu birçok yöremizin türbin kuruluşuna uygun olduğu tespit edilmiştir. TEAÜ, rüzgar ölçüm analizlerinden WASP (Wind Atlas Analysis and Application Program) yardımıyla, rüzgar enerjisi potansiyeli ve yıllık ortalama elektrik üretimi tahmini yapabilmektedir. Elektrik İşleri Etüt İdaresi (EIE), DMI Genel Müdürlüğü`ne ait istasyonların 1970-80 arasındaki 10 yıllık verilerini değerlendirerek "Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyeli" adıyla yayınlamıştır. Buna göre ortalama rüzgar hızı 5 m/s ile 3,8 m/s arasında değişirken ortalama güç yoğunluğu 152,8 W/m2 ile 71,2 W/m2 arasında değişmektedir. Yine EIE, Rüzgar Enerjisi Gözlem İstasyonu Projesi`ni başlatmıştır. 3 yıllık istasyon raporlarına göre İzmir - Kocadağ 8,5 m/s ile en yüksek hıza sahiptir. Bunu sırasıyla Gökçeada (6,83 m/s), Akhisar (6,78 m/s) ve Belen (6,5 m/s) takip etmektedir. Buralardaki güç yoğunlukları da sırasıyla 775, 457, 450 ve 343 W/m2`dir. Ã?lkemizde 80-100 bin MW arasında rüzgar enerjisi potansiyeli olduğu tahmin edilmektedir. Enerji Bakanlığı`nın tahmini ise 10 bin MW`tır. Şu anda Çeşme`de ve Bozcaada`da çalışır durumda ancak toplam 30 MW` lık rüzgar santralimiz mevcuttur. Dünya Teknolojisindeki Durum 2002 sonunda kurulu kapasite Avrupa`da 23.300 MW, Dünyada ise 31.400 MW olmuştur. 1982-92 arasında ABD-Kaliforniya`da 15 bin türbin kurulmuş ve 1993`te 3 milyar kWh elektrik üretilmiştir. Dünyanın en büyük rüzgar çiftliği 370 MW gücü ile Amerika`da bulunan Altamount Pass tesisidir. 8160 ha alan kaplayan çiftlikte 100 MW`lik 3500 adet ve 300-405 kW`lık 40 adet türbin vardır. Rüzgar enerjisi maksimum %59,3 teorik verimle mekanik enerjiye çevrilebilir. Türbinlerin ekonomik ömrü 15-20 yıldır. AB 2005 yılında birincil enerjinin %8`ini rüzgardan karşılamayı planlamış olup kurulu kapasiteyi 42 bin MW`a ulaştırmayı hedeflemiştir. Bu da 1400 kW`lik 30 bin türbin demektir. Rotor kanat sayısı 1-3, rotor çapı 18-65 m, dönme hızları 28-60 d/dak`dir. Optimum büyüklük 1-3 MW`tır. Dünyadaki kurulu gücün 2010`da 121 bin MW, 2012`de 161 bin MW`a ulaşacağı tahmin edilmektedir. Amerika`da 1981`de maliyet 30 cent/kWh iken 15 yılda 5 cent`in altına inmiştir. Santral maliyeti ise 1000 dolar/kW dolayındadır. İngiltere`de rüzgardan üretilen elektriğin birim maliyeti gaz santrallerinde üretilenin 1,4 katı, nükleer santırandakinin %52`si, kömürlü santralıdakinin %71`i dir. İşletme ve bakım maliyeti 1 cent/kWh`tir. Petrol fiyatlarının yükselmesi rüzgar enerjisinin gelişimini olumlu etkilemektedir. Rüzgar Enerjisinin Önündeki Engeller Rüzgar santrallerinin en önemli sakıncası gürültüdür. Aerodinamik ve mekanik olmak üzere iki türlü gürültü vardır. Mekanik gürültü azaltılsa bile aerodinamik gürültü azaltılamaz. Çiftlik içinde 85 dB düzeyindeki gürültü 400 m uzakta 37 dB’ye düşmektedir. Rüzgar tarlaları ile konutlar arasında 300-400 m mesafe olmalıdır. İkinci çekincesi elektromanyetik girişimdir. Dönen kanatlar radyo, TV, uydu servisi ve radarlarda girişime neden olabilir. Parazit 2-3 km ile sınırlıdır. Üçüncü çekince arazi kullanımıdır. Tek türbinin alan ihtiyacı 700-1000 m2/MW, rüzgar tarlasının ise bunun 150-200 katıdır (0,1-0,2 km2/MW). Ancak türbinler toplam alanın %1`ini işgal ettiğinden %99 kısmında tarım yapılabilir. Rüzgar santrallerinin en önemli sakıncası gürültüdür. Aerodinamik ve mekanik olmak üzere iki türlü gürültü vardır. Mekanik gürültü azaltılsa bile aerodinamik gürültü azaltılamaz. Çiftlik içinde 85 dB düzeyindeki gürültü 400 m uzakta 37 dB`ye düşmektedir. Rüzgar tarlaları ile konutlar arasında 300-400 m mesafe olmalıdır. İkinci çekincesi elektromanyetik girişimdir. Dönen kanatlar radyo, TV, uydu servisi ve radarlarda girişime neden olabilir. Parazit 2-3 km ile sınırlıdır. Ã?çüncü çekince arazi kullanımıdır. Tek türbinin alan ihtiyacı 700-1000 m2/MW, rüzgar tarlasının ise bunun 150-200 katıdır (0,1-0,2 km2/MW). Ancak türbinler toplam alanın %1`ini işgal ettiğinden %99 kısmında tarım yapılabilir. Kutsal kitaplarda da rüzgarın birçok uygulama alanına dikkat çekilmektedir. Örneğin Kur`an-ı Kerim`de rüzgardan bahseden 23 ayet bulunmaktadır. Bu ayetlerde temel olarak rüzgarların evrilip çevrilmesine, rüzgarlarla yağmur bulutlarının sevk edilmesine, gemilerin hareket ettirilmesine, ekinleri vuran kavurucu ve soğuk rüzgarlara, taşları sürükleyecek ve ağaçları kökünden sökecek şiddetli kasırgalara işaret edilmekte, ayrıca Hz.Süleyman`ın rüzgarla ilgili bir mucizesine de dikkat çekilmektedir. tefsircilere göre, Kuran`da peygamberlerin mucizelerinden bahsedilmesinin bir nedeni de insanları o mucizelere yetişmek için çalışmaya teşvik etmektir. Biz de günümüzdeki bilimsel çalışmalar sayesinde rüzgarlardan azami derecede yararlanabiliriz. Işte elektrik üretimi bu yararlanma yollarının en önemlilerinden biri olarak karşımıza çıkmaktadır. Kaynaklar 1. Z., Temiz Enerji ve Kaynakları, Su Vakfı Yayınları, İstanbul, 2002. 2. Manwell JF, McGowan JG, Rogers AL, Wind Energy Explained, John Wiley&Sons, West Sussex, 2002. 3. Yeni Rehber Ansiklopedisi, Ismail Ebul-iz El Cezeri maddesi, Cilt 4, Sayfa:345-347. 4. http://www.ismailebuliz.com.tr.tc/ 5. http://www.awea.org/default.htm