Rüzgar Enerjisi Üzerine

“Bilinen fizik kanunlarına aykırı değilse, her şey düşünülmelidir.”

Arthur C. Clarke

Geleceğe olan düşünce yolculuğumuz devam ediyor. Bugün gelecekte rüzgar enerjisi kullanımı ile ilgili bazı kestirimlerde bulunacağız. Eğer  gelecekle ilgili   tahminlerimizde isabet etti isek bir gün onları gerçek hayatta da  göreceğiz.

ATMOSFER: DEV ENERJİ MAKİNESİ

Önce rüzgarla ilgili genel bilgi: Dünyanın çevresinde dönen rüzgarlar muazzam bir enerji yekunu temsil eder.  Teorik bir hesapla (Carnot çevrimi) atmosfer, dünyaya düşen güneş enerjisinin %13.4'ünü rüzgar enerjisine çevirir. Dünyaya düşen metrekareye 1340 Watt güneş enerjisi dünya küresi üzerinde dağılır, m²'ye  250 Watt'a iner. Atmosfer aslında devasa bir ısı makinasıdır (buhar makineleri, içten yanmalı taşıt motorları, termik enerji santralleri, hatta atom reaktörleri birer ısı makinasıdır, ısı enerjisini harekete çevirir) ve her ısı makinesi da Fransız fizikçisi   Sadi Carnot'nun keşfettiği termodinamik kanunlarına tabidir.  %13.4 atmosfer için teorik bir sınırdır. Sürtünme ve diğer kayıplarla her ısı makinesi gibi atmosferik rüzgar sistemi de bu teorik sınıra ulaşamaz, biz yakl. %10'luk pratik bir oranı alalım. Bu yeryüzünün her m²'si başına 25 Watt rüzgar enerjisi demektir. Bu rakamları nereden bulduğumuzu merak eden varsa kutu içi açıklamaya bakabilir. 

0=(kutu içi)=================(kutu içi)=0

Güneş, Dünya üzerine m²'de 1370 Watt enerji ile ışır. Bu güneş ışınlarına tam dik 1 m²  yüzey üzerine uzayda güneş enerjisinin verdiği enerjidir. Atmosferden süzülüp yeryüzüne ulaşırken bunun bir kısmı emilir ve bir kısmı uzaya geri yansıtılır. Geri yansıtmada en çok beyaz renkli buhardan oluştukları için bulutlar etkin işlev görür. Dünyanın “yansıttığı enerji / toplam aldığı enerji” oranına “albedo” denir. Güneş etrafındaki tüm gezegenler ve diğer gök cisimlerinin kendi yapılarına göre farklı birer albedosu vardır. Albedo 1 ile 0 arasında kesirli bir sayıdır. 1 sayısı tam beyaz ve yansıtıcı özelliği, 0 ise tam siyah ve tüm ışınları emici özelliği temsil eder. Dünya'nın albedosu yakl. 0.3 ya da %30'dur (Bond albedo (*)). Dünya, üzerine düşen enerjinin yakl. %30'unu geri yansıtır. Kalan % 70'i  atmosfer ve yeryüzünde işlev görür. (1370 Watt/m² x %70 = yakl. 1000 Watt/m² ). Bu yansıtılmayıp gezegenin enerji bilançosuna dahil olan 1kW/m²  enerji küresel yüzey üzerinde dağılır.

(Ara not (*) Bond albedo: Toplam geri yansıtılan ışıma enerjisi. Görünür ışıkta parlaklığı ölçen basit albedo'dan ayrılır. )

Güneş enerjisi yoğunluğu (ya da solar sabit) ışıma yönüne dik gelen yüzeye düşen birim alana enerji olarak tarif edilmişti. Bu birim alanı Dünya için çoğaltırsak en fazla yarıçapı Dünya'ya eşit bir daireye dek genişler. Bu daire Dünya'nın önüne Güneş'i kapatacak şekilde konsa Dünya'yı tam olarak gölgeler, hiçbir Güneş ışığı Dünya'ya varamaz.. İşte Dünya'nın Güneş'ten aldığı toplam enerji bu (hayali) daire üzerine düşen toplam enerjidir. 

Ne var ki bir kürenin yüzeyi kendi kesitini oluşturan yukarıdaki dairenin 4 katıdır (bu alana kürenin karanlık tarafındaki yüzey de dahildir).. Dolayısıyla Dünya küresi üzerinde herbir alanın  aldığı ortalama ışıma yoğunluğunu bulmak istersek deminki 1000 W/m²  rakamını 4'e böleceğiz: 

1000 W/m²  : 4 = 250 W/m²

Bu ortalama bir rakamdır. Gece güneş ışıması sıfırdır, 250 Watt, bu da hesaba katılarak çıkan ortalama bir değerdir. 

Atmosfer bu ısı enerjisini alarak kabaca sıcak ekvator ile soğuk kutuplar arasındaki ısı farkıyla işleyen bir ısı makinesi olarak davranır. Ekvatoral bölgede ( iki dönence arası ) ort. yıllık sıcaklık 25°, Kuzey kutup dairesi üstünde ort. yıllık sıcaklık -15° C'dir. Atmosferik ısı makinesi 40°'lik bu ısı farkını kullanarak rüzgar hareketi üretir. Bunlar kabaca alınmış rakamlardır, şüphesiz konunun uzmanları daha ayrıntılı hesaplar sunabilir. 

Carnot termodinamik çevrim formülü: 

Image

n_max : Termik verim

T_H  : Sıcak taraf ısısı (° Kelvin)

T_C : Soğuk taraf ısısı  (° Kelvin)

Burada kutup ve ekvator ısılarını formülde yerine koyarsak teorik üst verim sınırı % 13.4 çıkar. Biz kayıp, kaçak vs. nedeniyle pratikte %10 verimi esas alıyoruz. 

Yukarıdaki 250 Watt/m²'nin %10'unu alırsak: 25 Watt/m² sonucunu elde ederiz. 

0=(kutu sonu)=================(kutu sonu)=0

25 W/ m² kabaca 1 m² yeryüzü üzerinde üst atmosfere dek esen tüm rüzgarların ortalama enerjisidir. Bizim için yerden 200 m.ye dek esen rüzgarlar önemli (çünkü yakalayacağımız rüzgar hemen hemen budur, binlerce m. yukarıda esen rüzgarlar şimdilik erişim dışındadır)  ve bunlar için de 2,5 W/ m² gerçekçi bir rakam olur. 

Güneş enerjisini ufalaya ufalaya buraya dek geldik (1340 W/ m² ile başlamıştık!) elimizde m²'ye 2.5 Watt gibi ufak bir değer kaldı. Bu bir el fenerinin küçük ışığını yakmaya ancak yeter. Ama bu değeri Türkiye yüzölçümüyle çarparsanız durum değişir:

2.5 W/ m² = 2.5 Megawatt/ km²

780.000 km² x 2.5 MW =  1.950.000 MW, yakl. 2 milyon MW diyelim. 

Türkiye'nin 2025 itibariyle kurulu elektrik gücü 117 bin MW'tır. Yani elimizdeki değer Türkiye'nin toplam elektrik kurulu gücünün 17 katıdır! (Şüphesiz bu teorik bir rakamdır, keşfi yapılmış toplam rakamlar bundan daha azdır, ama onlar yeni bulgulara göre değişebilmektedir; bu nedenle teorik sınırı bilmek konuya kuşbakışı bakabilmek açısından önemlidir.) 

RÜZGAR ENERJİSİ VE BAZI SINIRLAR

Bu arada şunu da söylemeli ki, 1 km²'ye 2.5 Megawatt (Betz limiti ve diğer enerji dönüşüm kayıpları da dikkate alınırsa) kabaca 1 MW kurulu elektrik gücüne karşılık gelir. 

Bu hatırlatmayı şundan yapıyoruz: Daha çok enerji elde etmek için rüzgar türbinlerini dip dibe ve sık dikmek akıl kârı değildir; rüzgarın kuvvetli ve genelde aynı yönden estiği kimi bölgelerde (dağ tepeleri, açık deniz, rüzgara kanal etkisi yapan vadiler vs.de) yanyana sık aralıklı türbin koymak anlamlı olabilir; ama bunun dışında açık arazide belli mesafeden daha yakına türbin koyarsanız türbinler birbirinin “rüzgarını keser”, verim düşer, yaptığınız yatırımın karşılığını alamazsınız. Onun için yukarıdaki hesap gereklidir: Kabaca 1 km² 'ye bir 1 MW'lık rüzgar türbini uygundur; ya da iki türbin arası mesafe en az 1000 m olmalıdır. 

Evet, m² başına düşen enerjiyi epey ufaladık, ama daha bitmedi. Bu rüzgar enerjisinden bir türbinin alacağı enerjiyi kısıtlayan "Betz limiti" denen bir teorik sınır daha vardır, o da yakl. %60'tır. Modern yatay eksenli rüzgar türbinleri yakl. %50 verimlidir. Bu açıdan çok gelişmiş makinalardır, ne var ki modern türbinler bir o kadar da pahalıdır: 2-3 MW'lık bir türbin 2-4 milyon Dolar'a malolmakta, 42-48 bin Dolar da yıllık işletim gideri olmakta. Ömrü ort. 20 yıl olan bu türbinlerin ürettiği elektriğin fiyatı şu sıra 2-2.2 cent/kW civarıdır. Peki o zaman tüm şebekeyi rüzgar türbinlerine mi bağlamalı?  28 Nisan 2025'te İspanya ve Portekiz'de meydana gelen büyük elektrik kesintisini daha önceki bir yazımızda incelemiş ve şöyle yazmışız: 

"Alman enerji uzmanı ve eski SPD Hamburg “çevre senatörü” Fritz Vahrenholt'a göre ise İspanya ve Portekiz'in derdi güvenilmez güneş ve rüzgar enerjisine fazlaca bağımlılıktan geliyor. İspanya'da elektrik üretiminin %56'sı, Portekiz'de ise %86'sı yenilenir kaynaklara dayalıdır. Yenilenir kaynaklar içinde büyük oran tutan güneş ve rüzgar enerjisi güvenilmezdir; ne zaman yel eser güneş ışırsa o zaman elinizde enerji vardır, yoksa yoktur (zaten gece güneş enerjisi hiç yoktur!). Enerjiyi biriktirmek ise pahalı batarya sistemlerine, dağlardaki yüksek barajlara pompalanan suyun ya da yeraltı mağaralarına doldurulan basınçlı havanın geri salınarak enerji üretmesine vs. bağlıdır. Ancak bu yöntemler her yerde uygulanamaz ve şimdiye dek yeterli olamamıştır. Bu durumda bulunan usul, eski kömürlü, doğalgazlı ya da hidroelektrik santralleri bu yeni kaynaklara yedek olarak çalıştırmak, elde bol rüzgar ve/veya güneş enerjisi olduğunda bu eskilerin  faaliyetini kısmak, olmadığında ise eski santralleri tam güç çalıştırıp açığı kapatmaktır. Ne var ki, her an değişen rüzgar ve güneş gücüne uyumlu bir şebeke sistemi kurmak ve eski santrallerin hızla tepki vermesini sağlamak zordur. Sonuçta İspanya ve Portekiz'de olduğu gibi böyle enerji facialarının çıkması işten değildir. Vahrenholt, yenilenir kaynaklara çok güvenen Almanya'nın bundan ders çıkartmasını ve aynı şeyin birgün Almanya'nın da başına gelebileceğini söylüyor." 

Bu nedenle rüzgar ve güneş enerjilerinin bir ulusal şebekede payının %20'yi geçmemesi gerekiyor, yoksa ciddi sorunlar ve şebeke dengesizlikleri oluşabiliyor. O halde bu enerjiyi Hidrojen'e  çevireceğiz ve öyle kullanacağız.  Yani elde ettiğimiz elektrikle suyu (H₂O) elektroliz edeceğiz ve bileşenleri olan oksijen (O₂) ve Hidrojen'e (H₂) ayrıştıracağız. Hidrojene çevirmenin diğer faydası da rüzgarsız günler için depolamanın görece kolay ve masrafsız olmasıdır (bir türbin, basit anlatımla, ömrünün %30'unda elektrik üretir, diğer zamanlar rüzgar bekler). 

Her enerji çevriminde sözkonusu olan kaçınılmaz kayıplar nedeniyle Hidrojen, türbinden gelen enerjinin %100'ünü almaz, çevrim oranı ort. %60-70'lerdedir. Bu hidrojeni depolamak ve rüzgar esmediği zamanlar kullanmak mümkündür, ama geri elektriğe çevirmek iyi bir fikir değildir, Yaparsanız tekrar oluşan kayıplar nedeniyle elinizde başlangıçtaki enerjinin %30'u   kalır, bu da sonuçta masraf ve fiyatları artırır. En akıllı çözüm hidrojeni olduğu gibi tüketmektir, ki hidrojen kolaylıkla ve teknolojideki küçük değişikliklerle doğalgazın yerine kullanılabilir. Bizim gelecek senaryomuz da bu tespitlerden kalkıyor. 

HAWT VE VAWT 

Bugün yaygın olarak kullanılan sınai rüzgar türbini tipi “Yatay Eksenli Rüzgar Türbini” (Horizontal Axis Wind Turbine = HAWT)'tır. Çelikten bir kule üzerine oturtulan gövde (Nasel) rüzgarın geldiği yöne doğru döner ve önüne takılı dev pervaneyi o yönde tutar. Dönme hareketi bir şaft ile Nasel içindeki jeneratöre aktarılır ve elektrik üretilir. 

Peki endüstriyel rüzgar türbinleri neden milyon dolarlarla yatırım gerektiriyor, bu pahalılığın nedeni nedir? 1 MW bir türbin için aşağıda yaptığımız analizde: 

Image

Rotor kanatları özel tekniklerle cam elyafı ve özel reçineler kullanılarak üretilir; bu yavaş, el emeği ve ustalık gerektiren pahalı bir iştir. Bu kanatlar bir uçak kanadı kadar uzundur; onun kadar sağlam ve esnek olmalı ve aniden değişen yüklere dayanabilmelidir. Bütün yükleri taşıyan çelik kule de sağlam olmalı ve sağlam bir temel üzerine kurulmalıdır ki, ilk fırtınada devrilmesin. Bu kaliteli çelik ve sağlam bir temel çalışması gerektirir. Nasel ağır bir parçadır, hafifletmek için elden gelen yapılmıştır, jeneratör mıknatısları özel alaşımlı metallerden üretilir, ki güçlü ve hafif olsun; ama bu alaşıma Neodymium gibi nadir metallerin girmesini gerektirir ve bu da hem pahalılık, hem de bu nadir metalleri üreten dış ülkelere (Çin'e) bağımlılık yaratır. Üretim teknolojileri de karmaşık ve masraflıdır. Üretilen parçaları da fabrikadan kullanım yerine taşımak aşırı boyutları nedeniyle özel araçlar ve yol hazırlığı gerektirir. Yani rüzgar türbini üretmek ve kurmak ileri teknoloji gerektiren pahalı bir iştir. 

Kısaca: (1 MW güç için) Kurulum 1 milyon Dolar, 1 kwh enerji maliyeti 5 cent'tir (yakl. 2 TL/kilowatt-saat).  Bugün sanayide kullanılan  1 kWh elektriğin fiyatı  5,26 TL'dir. Bu vergiler ve kâr oranları fiyata bindikten sonra böyledir. Dolayısıyla çıplak maliyetle rüzgar türbini elektrik fiyatı başlangıçta ucuz olsa da kâr, vergiler, iletim vs. ile artar. Gene de bu rakamı akılda tutalım. 

Rotor

Image

Bugün yaygın kullanılmayan diğer bir türbin türü ise “Dikey Eksenli Rüzgar Türbini” 

(Vertical Axis Wind Turbine = VAWT)'tır. Bu türbinin özelliği “tüm yönlü” (omni-directional) olmasıdır; yani dikey eksen etrafında yatay bir daire çizerek dönen kanatlar her yönden gelen rüzgarı yakalayarak hareket üretir; oysa yatay eksenli türbinin (HAWT) gelen rüzgar yönüne özel servomotor sistemleriyle çevrilmesi gerekir. Dahası bir HAWT için sürekli aynı yönde dönerek rüzgara yönelmek bir müddet sonra jeneratörden kuleye giden enerji kablolarını burup kopararak zarara neden olur. Onun için bu sorunun ya özel bir servomotor yazılımıyla halledilmesi gerekir (nasel'i 180 °'den fazla çevirmeyecek; daha fazla dönme gerekirse ters yöne döndürecek bir yazılım.. bunu çok esnek bir boyun üzerinde dönerek etrafındaki hareketi takip eden bir baş gibi düşünebilirsiniz. Boyun başın 180 ° dönüşüne izin verir, ama baş tam bir tur = 360° dönüş yapamaz, öte yana dönerek bakacağı yöne yönelir); ya da nasel serbest dönecekse yüksek Amperli akımı iletecek kayar kontakt sistemlerine sahip olmanız gerekir, ki bu da ayrı masraf kapısıdır.  Bu nedenlerle bir HAWT aniden ve sürekli yönü değişen rüzgarları yakalamakta zorlanır; ama bir VAWT için bunların önemi yoktur, sürekli değişen, hatta burgaçlı (anaforlu) rüzgarları da yakalar ve dönmeye devam eder. Bu yapının getirdiği basitlik ve sadelik ilk bakışta göze çarpar ve bu da akla şu soruyu getirir: Madem herşey bir VAWT için daha kolaydır, niçin tüm dünyada HAWT yaygınlaştı? Bunun nedenleri var.

Image

HAWT – VAWT kıyas:

• İlk akla gelen verim: Modern bir HAWT rüzgar enerjisinin % 50'sini yakalar ve bunun da büyük bölümünü elektriğe çevirir (rüzgar => elektrik verimi % 45 ya da daha çok). Bir VAWT ise verim açısından % 30-40 arasında kalır. %50'yi bulan VAWT tasarımları yapmak mümkündür, ama bu henüz tasarım aşamasındadır.
• HAWT bir fırtınaya yakalandığında servomotor sistemi türbini fırtınaya 90 ° dik gelecek şekilde çevirir (baş fırtınaya yan bakar!) ve durdurur. Bu sistemin zarar görmesini engeller. VAWT için elde bu kadar etkin bir sistem yoktur; çünkü o her yönden gelen rüzgarı yakalamak için tasarlanmıştır. Bazı VAWT türleri (Darrieus rotor, ya da “lift type”) sert esen rüzgarda durdurulabilir.
• HAWT türbin kanatları sürekli karşıdan gelen rüzgara dayanacak şekilde monoton bir gerilmeye maruz kalırlar ve bu ciddi bir materyal yorgunluğu yapmaz. Gerçi dik bir daire çizerek dönen bir türbinde (kimi zaman ağırlığı tonlara ve uzunluğu 100 m.ye varan) kanatların sürekli açısı değişen yerçekimi gerilimine maruz kaldığı için eğilip bükülerek yorulduğu da tesbit edilmiştir. Bir VAWT'ta ise türbin kanatları döndükçe açısı değişen rüzgarın zorlamasına maruz kalırlar ve bu erken yorulmalarına neden olabilir.  

O halde VAWT ile ilgili bu kadar şeyi niçin konuştuk? İki nedenle:

1- Sanayi ve bilim HAWT teknolojisinin sonuna gelindiğini ve buradan öteye bazı yenilikler yapmak gerektiğini düşünüyor. Islah edilmiş haliyle VAWT burada devreye giriyor. 
2- HAWT teknolojisi gelişmiş ülkelerde dahi nadir toprak metallerine bağımlılık gibi nedenlerle sorunlu görünmekte. Özellikle dünyada rüzgar enerji teknolojisi yaygınlaştıkça jeneratör mıknatıslarının üretimi için gereken nadir toprak metalleri talebi çoğalacak ve fiyatı artacaktır. Bugün 3 MW düz şaftlı bir türbin 2 tona yakın nadir toprak elementi kullanır (Neodymium, Praseodymium, Dysprosium). Bu elementler o kadar nadirdir ki, muhtemelen isimlerini duymadınız. Dahası bu elementler her yerde yoktur. Halihazırda büyük bölümü Çin'de üretilmektedir ve gelişmiş Batılı ülkeler dahi Çin'e böyle bir bağımlılıktan rahatsızlar. 

Artık teknoloji değişimi gereği kendini dayatıyor ve VAWT'lar burada bir seçenek olarak parlıyorlar. Şimdi bu bilgilere dayanarak gelecek yolculuğumuza başlayabilir ve bilim-kurgumuzu yazabiliriz. 

ENERX

Bir yerli ve yenilikçi Dikey Eksenli Rüzgar Türbini (VAWT) tasarımıdır.

Genel Tanım:
ENERX, klasik kanat yerine üçgen biçimli yelken yüzeyleri kullanan, tamamen yerli tasarım ve üretim ilkesine dayanan bir dikey eksenli rüzgar türbini (VAWT) sistemidir.
Aerodinamik verimlilik, yapısal sadelik ve modüler kurulum odaklı bu sistem, hem kırsal enerji çözümleri hem de şehir içi entegrasyon için uygundur.

Yapısal Özellikler:
3 adet üçgen yelken, kanat yerine kullanılır. Yelkenler, “lift-type” çalışma prensibine göre, rüzgârı yandan aldıklarında itme değil kaldırma etkisiyle dönme momenti üretir. (Yelkenli VAWT konusunda 1970'ler gibi erken tarihlerden beri yapılmış araştırmalar vardır). Yelkenlerin üst ucu mastın tepesinde dönen küçük bir tekerleğe bağlıdır. Alt kenarları, birer demir çubuğa, bu çubuklar da yatay kollarla masttan dışa uzanır (120° aralıklı 3 kol). Sistemin taşıyıcı omurgası galvanizli çelik mast, destek yapısı ise modüler montajlı kompozit bağlantılardan oluşur.

Performans ve Maliyet:
ENERX, %25–30 kapasite faktörüne sahip iyi rüzgâr alanlarında yılda 2.6 milyon kWh’ye kadar elektrik üretebilir (1 MW kurulu güç için). Sistem maliyeti, klasik HAWT'lara göre %50–60 daha düşüktür. Tüm bileşenler fabrikada üretilip konteynerle sahaya taşınabilir, bu da hem kurulum süresini hem de CAPEX'i (yatırım maliyetleri) azaltır.

Kanatlar yerine kullanılan bazalt kumaş yelkenler, hem hafif hem de yorulmaya dayanıklıdır.

🔋 Uygulama Alanları:
- Hibrit sistemler (elektrolizör veya HyZinc (*) entegrasyonu ile) 

• Kırsal elektrifikasyon
  - Modüler yeşil hidrojen üretim sahaları
  - Endüstriyel çatı üstü enerji sistemleri

(*: HyZinc ısı enerjisi kullanan bir Hidrojen ayrıştırıcısıdır; daha sonra bahsedeceğiz) 

Image

Yelken ile rüzgar gücünü yakalamak ve kullanmak yüzlerce yıldır denizcilikte faydalanılmış ve standartları oturmuş bir teknolojidir. Rüzgar türbininde kullanımı şüphesiz yeni de olsa uzun yıllar tecrübe birikimine dayalı bir teknolojiden faydalanır. 

Sabit kanatlar yerine basalt kumaşı yelkenlerin tercih edilmesi üç nedenledir:

• Sabit kanatlar karmaşık bir cam elyafı ve reçine kompoziti ile üretilirler. Halihazırdaki HAWT türbin kanatları da bu şekilde üretilir. Bu teknoloji daha karmaşık ve pahalıdır; halbuki basalt elyaf üretimi, kumaş olarak dokunması ve nihayet biçilip yelken olarak dikilmesi görece daha basit teknolojilerdir ve bu da maliyetleri önemli oranda düşürür. Dahası bu teknoloji kolaylıkla yerli sanayi tarafından alınıp işletilebilir.
• Fırtına ya da eskime nedeni ile katı türbin kanatları parçalanırsa onarmak ya da yenisini takmak daha pahalı bir işlemdir. Basalt yelken ise basitçe çıkarılıp yerine yenisi takılır. Öte yandan basalt kumaşı yıpranmaya, fizik ve periyodik değişken gerilimlere ve zorlamalara daha dayanıklıdır; katı bir türbin kanadından daha kolay esner ve biçim değiştirir; değişken kuvvetleri daha rahat karşılar.
• Bir fırtına ve sert rüzgarda katı türbin kanatları korumasızdır. VAWT türbin durdurulsa dahi kanatların bir ya da ikisi fırtınanın sillesini cepheden yiyecek ve sarsılacaklardır; bu da çatlama - kırılmalarına neden olabilir ve uzun vadede yorgunluk yaparak ömürlerini kısaltır. Basalt yelkenli bir VAWT için sorun yoktur. Yüzlerce yıldır fırtınalara yakalanan yelkenli gemilerin yaptığı gibi “yelkenlerini indirir” ve toplar. Fırtına geçtikten sonra tekrar açar. 

Öte yandan yelken kullanımı sırf fayda değildir tabi, avantajları kadar dezavantajları da vardır: 

• Yelkenler rüzgarı sabit kanatlar kadar verimli toplayamaz. Bunun nedeni sabit kanatlar gibi belli bir aerodinamik şekil oluşturamamaları, rüzgara göre şekillerinin değişmesi ve esnemeleridir. Kabaca aynı yüzey alanına sahip bir yelken sabit kanada göre %50 daha az verimle çalışır. Bu takdirde yüzey alanını 2 katına çıkararak kaybı telafi etme de (resimdeki yelkenler daha enli ve geniş olmalılar!) bir yere dek mümkündür. 3 kollu bir yelkenli VAWT'ta yelken alanlarının herbiri 60°'lik dilimleri kapatabilir. Daha fazla alanın yelkenle kapatılması yelkenlerin birbirini kapatarak rüzgarını kesmesine neden olur, verim düşer.

Image

Tüm bu tedbirlere rağmen bir VAWT'ın “rüzgar => enerji” verimi % 40 civarında kalır. Ama buna rağmen bir VAWT'ın paraca daha hesaplı olduğunu göreceğiz. Bunu biraz açalım. 

CÖMERT TABİAT ANA

Petrol ve kömürün bir fiyatının olduğu, halbuki güneş ve rüzgarın bedava olarak tabiat ana tarafından emrimize sunulduğu “Yeşil” ve “Doğal enerji” taraftarı kesimlerce hep tekrarlanmıştır. Onlar, karbon salımında getirdiği avantajı biryana bıraksak dahi sırf bu ucuzluk nedeniyle de yenilenebilir enerjilerin tercih edilmesi gerektiğini ileri sürmüşlerdir. Doğrudur, güneş ve rüzgar bedavadır, ama güneş panellerini yapan şirketler ve rüzgar türbinlerini üreten fabrikalar size birer fatura gönderir. Kurduğunuz sistemin bakım onarımı da birileri tarafından yapılacak ve günün sonunda onlar da size birer fatura verecektir; çünkü tüm bu işlerde insanlar çalışmakta, kafa ve kol emeği sarfetmektedirler ve talep ettikleri paralar bu insan emeğinin karşılığıdır. Bunlar çoğumuzun bilmediği şeyler değil tabi. 

Esasen tabiat ana güneş ve rüzgarı bedava verdiği gibi petrol, kömür ve doğalgazı da bedava vermektedir. Verdiği hiçbir ürün için para talep ettiği görülmemiştir, ne var ki tüm bu ürünleri çıkaran, işleyen ve bize ulaştıran insanlar ve onlardan oluşan kurumlar bu insan emeğinin karşılığında para talep ederler. Ve siz de ödersiniz. 

Bu kısa açıklamayı ne için yaptık? Şu nedenle: Enerji maliyetlerini hesaplarken, kurduğumuz makinelerin doğanın enerjilerini ne kadar verimle değerlendirdiğinden çok ne kadar insan emeğini seferber ettikleri (fiyatları!) ekonomi açısından önemlidir. Bu nedenle % 50 verimli bir türbin % 40 verimli diğerinden 2 kat pahalıya geliyorsa iktisaden tercih edilmez. 

EKONOMİNİN GEREKLERİ VE BAZI TAHMİNLER

Bu nedenle biz geleceğe ilişkin yürüttüğümüz tahminlerde kurguladığımız VAWT'ın enerji pazarında geniş yerinin olacağını düşünüyoruz. En önemli özelliklerinden biri dönme momentinin dikey bir şaft ile kule ayağına iletilmesi ve burada yeralan jeneratörle elektrik üretimidir. Bu jeneratör bir çelik kule üstünde olmadığından hafif olmak zorunda değildir. Bu nedenle ekzotik metallerle üretilen, pahalı ve dışa bağımlılık yaratan HAWT jeneratörleri gibi değildir; ağır olabilir, hatta ağır olması temeli sağlamlaştırarak türbin yapı stabilitesine katkıda bulunur. Bu jeneratörler yerli “demir çekirdek – elektromıknatıs” teknolojisiyle üretilebilirler; ve daha ucuza gelirler. Ekonomi, maliyetler, fiyatlar ve kâr her zaman olduğu gibi burada da ürününüzün kaderini belirler. Belki bir o kadar önemli diğer konu, bu karmaşık küresel ortamda dışa bağımlılıkları mümkün olduğunca azaltmak ve yerli imkanlarla iş görecek bağımsız bir ekonomi kurabilmektir. Dışa tamamen kapalı Kuzey Kore gibi bir ülkeden bahsetmiyoruz elbette; ama hayati konularda ekonominizi dış ülkelerin insafına bağlı kalmaktan kurtarmanız gerekir. Enerji bu ana konulardan biridir ve bugün artık ABD, Almanya ve İngiltere gibi ileri ekonomilerde “enerji bağımsızlığından” söz ediliyor. 

Open AI (ChatGPT) yardımıyla kurguladığımız “kağıt rüzgar türbini” için aşağıdaki tahmini CAPEX (yatırım gideri) tablosunu, klasik yatay eksenli rüzgar türbini ile karşılaştırmalı olarak oluşturduk:

Image

Image

Image

Image

Yaptığımız bu tahmini araştırmada yüksek oranda yerli malzeme kullanan bir dikey eksenli rüzgar türbini kurulum ve işletim maliyeti ile üretilen elektriğin maliyeti için tahmini rakamları vererek şimdilik gelecek kurgumuzu tamamlıyoruz. Kilowatt-saat başına 0.21 cent (= yakl. 8 kuruş) maliyet gerçek bir rekordur. Ne var ki, elde ettiğimiz elektrik doğru akımdır; elektrik şebekesine beslemek için gerekli dönüşüm cihazları güneş ve rüzgara dayanan yenilenebilir kaynaklarda kısıtlı kullanım önerdiğimizden hesaba katılmamıştır. %30 kapasite kullanımı rüzgar türbinleri için (HAWT ya da VAWT) genel bir kuraldır, bunun anlamı kalan %70 elektriği üretmek için yedek enerji santralleri ve jeneratörlere ihtiyacınız var demektir ve onlar da genelde fosil kaynaklıdır. Yenilenebilir enerjiye dayanan birçok Avrupa ülkesinde enerji pahalılığının temelinde yatan sorunlardan biri budur.

Onun yerine biz bu enerji ile Hidrojen üretimi ve kullanımının  teşvik edileceğini varsayıyoruz. Doğru akım bunun için en uygun kaynaktır. Peki bu ucuz kaynağı kullanarak Hidrojen üretiminde geleceğin imkanları için neler söylenebilir? O da bir sonraki yazı konusu olsun. 

Kaynaklar:
(Not: Kaynak linkleri ve döviz kur tarihleri için 13.06.2025 tarihi esastır)

• The Solar Constant, https://www.sws.bom.gov.au/Educational/2/1/12
• Yansıtabilirlik (Albedo), Wikipedia, https://tr.wikipedia.org/wiki/Yans%C4%B1tabilirlik
• What is The Albedo Effect And How Does it Impact Global Warming?, https://greenly.earth/en-gb/blog/ecology-news/what-is-the-albedo-effect-and-how-does-it-impact-global-warming
• Albedo, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Albedo
• Global rüzgar ve vawt hesabı, https://chatgpt.com/share/684aaeb5-14b0-8012-93f7-d0a996cbc6bb
• Rüzgardan Enerji Üretimi Ve Rüzgar Türbinlerinin Evrimi, https://www.emo.org.tr/ekler/86f1c29518c700e_ek.pdf
• Türkiye’nin elektrikte kurulu gücü 117 bin 123 MW’a ulaştı,

https://temizenerji.org/2025/03/21/turkiyenin-elektrikte-kurulu-gucu-117-bin-123-mwa-ulasti   

• Wind Turbine Cost: How Much? Are They Worth It in 2025?, https://weatherguardwind.com/how-much-does-wind-turbine-cost-worth-it
• Economics and Incentives for Wind, https://windexchange.energy.gov/projects/economics
• Yenilenebilir Kaynakların Sınırları ve Hidrojen Çağı, https://fikircografyasi.com/makale/yenilenebilir-kaynaklarin-sinirlari-ve-hidrojen-cagi
• The Limits to Green Energy, https://www.cato.org/regulation/winter-2022-2023/limits-green-energy
• NREL – National Renewable Energy Laboratory (ABD), “Cost of Wind Energy Review” raporları (özellikle 2022–2024 sürümleri), https://www.nrel.gov
• IRENA – International Renewable Energy Agency, “Renewable Power Generation Costs in 2023” , https://www.irena.org/Publications
• Lazard Levelized Cost of Energy Analysis – Version 16/17, https://www.lazard.com/perspective/lcoe2023
• 1 kW Kaç TL? Güncel Elektrik kW Fiyatı, https://solaravm.com/1-kw-kac-tl
• Did You Know – rare earth magnets mean wind turbines are now highly efficient, https://lynasrareearths.com/products-our-products/how-are-rare-earths-used/wind-turbines/
• HAWT - VAWT karş.tablo, https://chatgpt.com/share/6870f310-3a68-8012-a589-642b1118dc9c