Hidroelektrik enerji

2.1 Giriş

Hemen hemen bütün enerji kaynakları, güneş ışınımının maddeler üzerindeki fiziksel ve kimyasal tesirinden meydana gelmektedir. Hidrolik enerji de güneş ışınımından dolaylı olarak oluşan bir enerji kaynağı olup hidrolik çevrimi Şekil 2.1'de verilmiştir. Deniz, göl veya nehirlerdeki sular güneş enerjisi ile buharlaşmakta, oluşan su buharı rüzgarın etkisiyle de sürüklenerek dağların yamaçlarında yağmur veya kar halinde yer yüzüne ulaşmakta ve nehirleri beslemektedir. Böylelikle hidrolik enerji kendini sürekli yenileyen bir enerji kaynağı olmaktadır.
Enerji üretimi ise suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürülmesi ile sağlanmaktadır.



Hidroelektrik sistemlerde su, bir cebri boru veya kanal yardımıyla yüksek bir yerden alınarak türbine verilmektedir. Türbinlere bağlı jeneratörlerin dönmesi ile de elektrik enerjisi üretilmektedir (Şekil 2.2). Üretilen elektrik enerjisi direkt olarak kullanılabildiği gibi bataryalarda da depo edilebilir. Türbinden elde edilen güç, suyun düşü (üst ve alt kodlar arasındaki düşey mesafe) ve debisine (türbinlere birim zamanda verilen su miktarı) bağlıdır (Şekil 2.3)



2.2 Hidroelektrik sistemlerin sınıflandırılması ve tasarımı

Hidroelektrik güç sistemleri şu şekilde sınıflandırılmaktadır:

a) Büyük ölçekli hidroelektrik sistemler: Bu sistemlerinin gücü 50 MW’ın üzerindedir. 1 MW’ lık bir

güç yaklaşık 20.000 elektrik lambasının ihtiyacı olan enerjiyi üretir. 1 KW' lık bir güç ise 4 lambalı



(50 watlık) 5 evin aydınlanma için gerekli olan enerjiyi verir. 50 MW’lık bir güç 250.000 evin ışık ihtiyacı olan enerjiyi verir.

b) Küçük ölçekli hidroelektrik sistemler: Güç bölgeleri 10-50 MW arasındadır.

c) Mini ölçekli hidroelektrik sistemler: Bu sistemler ulusal enerji şebekesine daha az katkıda bulunurlar. Bunlar 101 kW ile 10.000 kW güç bölgesinde çalışırlar.

d) Mikro ölçekli hidroelektrik sistemler: Mikro hidroelektrik sistemler çok daha küçük ölçekte olurlar ve ulusal enerji şebekesine elektrik enerjisi sağlamazlar. Ana yerleşim bölgelerinden uzaktaki alanlarda yani ulusal enerji şebekesinin ulaşmadığı bölgelerde kullanılır. Güçleri, genellikle sadece bir yerleşim yeri veya çiftlik için yeterlidir. Güç bölgeleri, 200 wattan başlayarak bir grup evin veya çiftliğin yeterli aydınlanma, pişirme ve ısınma enerjisini sağlayacak şekilde 100 kW’a kadar çıkabilir. Küçük fabrikaların veya balık çiftliklerinin enerji ihtiyacını karşılayacak şekilde ve ulusal enerji sisteminin bir parçası olmaksızın çalışabilir. Mikro hidroelektrik sistemlerde elektrik enerjisi üretimi de şart değildir. Bir çok uygulamada, mekanik enerjisinden de yararlanılarak değirmen sistemlerinde kullanılabilir. Her iki kullanım için de sistem özellikleri aynıdır .

Enerji literatüründe büyük hidroelektrik enerji, klasik yenilenebilir kaynak grubunda ele alınırken; mini ve mikro hidroelektrik enerji yeni ve yenilenebilir kaynaklar grubuna sokulmaktadır. 101kW-10 MW arasındaki hidroelektrik olanaklar mini hidroelektrik enerji olarak varsayılmaktadır. Mini hidroelektrik sistemler çeşitli şekillerde sınıflandırılmaktadır. Düşüye göre yapılan sınıflandırmada; 2-20 m alçak düşü, 20-150m orta düşü ve 150 m ve yukarısı yüksek düşü olarak kabul edilir. Genellikle düşük birim maliyeti nedeniyle orta ve yüksek düşülü sistemlerin yapılması tercih edilir. Düşü, debi ve güç arasındaki bağıntı şu şekilde verilmektedir:




Burada Pe türbin milinden alınan gücü (W), ρ suyun yoğunluğunu (1.000 kg/m3), g yerçekimi ivmesini (9.81 m/s2), Ho net düşüyü (giriş ağzı ile kuyruk suyu arasındaki kot farkından toplam düşü kayıplarını çıkartarak bulunur, m), Q türbine gelen debiyi (m3/s), ηg genel verimi göstermektedir. Bir hidroelektrik güç sisteminde toplam güç çıkışı ve kayıpların oluşumu şu şekilde gösterilmiştir (Şekil 2.4):



verilmekte ve burada hidrolik enerjisi mekanik enerjiye çevrilmektedir. Depolamalı sistemde ise suyun önü bir baraj sistemi ile kapatılmaktadır. Bu sistemin avantajı yağışlı sezonda su barajda tutulur. Böylece yağışsız ve kuru sezonda da gerekli potansiyel enerji sağlanmış olur. Depolamasız sistemde suyun önü kesilmez, sadece bir kısmı bir kanal içerisine alınır. Mikro hidroelektrik sistemler genellikle depolamasız sistemlerdir. Bu sistemlerin en büyük dezavantajı kurak sezonda türbin için gerekli debiyi verememeleridir. En büyük avantajı ise lokal olarak çok düşük bir maliyetle yapılabilmeleridir. Akarsu yatağına en az zararı verirler. Yükleme odasında günlük bazda yapılan ayarlarla da su debisi kontrol edilir. Depolamalı sistemler daha karmaşık ve pahalıdırlar. Zaman içerisinde çeşitli problemlerle karşılaşırlar. Örneğin baraj gölü belirli bir zamandan sonra kum ve kil ile dolmaktadır. Böyle durumda boşaltılması hem pahalı hem de çok zordur. Bir süre sonra baraj ömrünü tamamlar.



Şekil 2.7'de depolamasız, Şekil 2.8'de ise depolamalı bir hidrolik güç sisteminin ana bileşenleri görülmektedir. Burada; set savağı suyu akarsu yatağından bir açık kanala yönlendirir; çökeltme havuzu su içerisindeki kum parçalarının çökmesini sağlar; kanal, suyu yamaç boyunca ve gerekli yerlerde su kemerlerinden geçirerek yükleme odasına kadar getirir. Burada bir cebri boru içinden geçen su türbin veya bir çarka ulaşır. Türbin mili mekanik bir aletle birleştirilir. Bu bir jeneratör veya bir değirmen olabilir.


Şekil 2.8 Depolamalı bir hidroelektrik santralin kısımları

Mini hidroelektrik sistemlerin diğer bir sınıflandırma şekli de enerjinin kullanım tarzı ile ilgilidir. Burada üretilen elektrik ya merkezi enerji sistemini besler ya da bağımsız olarak küçük kasabaların ve yerleşim bölgelerinin enerji ihtiyacını karşılar.

Bir hidroelektrik sistemin tasarımı 4 aşamada gerçekleşir. Bunlar:

a) Kapasite ve talep araştırması: Bir enerjiye talep olduğunda ‘’ne kadarlık bir enerji hangi amaç
için isteniyor’’ sorusunun cevabı doğru olarak belirlenmelidir. Bu aşamada ayrıca kullanıcıların
kullanım kapasitelerinin de belirlenmesi önemli olmaktadır. Genelde mikro hidrolik sistemler,
insanların çoğunun karmaşık makinaları kullanmadığı kırsal bölgeler için planlanmaktadır. Bu
sistemin tasarımı ve yapımı için gerekli paranın büyük bir kısmı o yöre insanları tarafından
karşılanacaktır.

b) Hidrolojik çalışma ve mevki araştırması: Bu aşamada sistemin kurulacağı yerin hidrolik
potansiyeli belirlenir. Akarsuyun debisinin yıl boyunca değişimi ortaya konur, su alma ağzının en
verimli ve en ucuz olarak alınacağı yer tespit edilir. Ayrıca, dönem dönem ne kadarlık bir güç
sağlanabileceği de tespit edilir. Çalışma suyun farklı kullanılması (örneğin zirai sulama amaçlı)
durumunu da dikkate alır.

c) Ön fizibilite çalışması: Bu bir hızlı fiyat belirleme çalışmasıdır. Hidrolik sistem tasarımcısı talebi
karşılayacak şekilde genellikle 3 veya dört farklı seçenek ortaya koyar. Bunların ilk ikisi iki farklı
hidrolik sistemin yerleştirilmesi, üçüncüsü merkezi enerji nakil sisteminin geliştirilmesi ve sonuncusu
ise ihtiyacı karşılayacak şekilde bir dizel jeneratör kullanılması olabilir. Ön fizibilite çalışması, bu
seçenekleri karşılaştırır ve bunların önemli özellilerini ortaya koyar. Tüketici, bu seçenekleri ve
bunların karşılaştırmalı fiyatlarını bilmek isteyecektir. Ön fizibilite çalışmasında ayrıca, enerji talep
çalışmalarının hidrolojik çalışma sonuçları ile karşılaştırması da yapılır. Talep çalışması bize güç



değişimleri karşısında talebin nasıl olacağını hidroloji çalışması bize güç değişimlerinin nasıl sağlanacağı hakkında bilgi verir. Ayrıca bu bölümde farklı sorulara da cevaplar verilir. d)Tam fizibilite çalışması: Ön fizibilite çalışmasında hidrolik sistemin uygulanabilir olduğu belirlenirse; mühendislik hesapları, maliyet hesapları detaylı olarak tam fizibilite çalışmasında yapılır. Ayrıca, ekonomik kriterleri kullanarak yapılan parasal çalışmalar, işletme ve bakım masraflarının hesaplanması da önemlidir. Fizibilite çalışmasında altın kural şu şekildedir: çalıştırma ve bakım (O + M) birinci, ekonomi ve tesis faktörü ikinci, mühendislik tasarımı ise üçüncü önceliktedir. Fizibilite çalışmasında ayrıca kontratlarla detaylı olarak kullanma tarifesi de belirtilmelidir. Yani kurulacak sistemden üretilecek elektrik enerjisi hem ev elektriğinde ve hem de güç kaynağı olarak sanayide kullanılacaksa bu koşullar kontratta ayrıntılı olarak belirtilmelidir. Aynı yolla, farklı amaçlı kullanıcılar için öncelik hakları (sulama ve hidrolik güç) ortaya net bir şekilde konmalıdır. Bu durum daha sonra ortaya çıkabilecek zorlukları çözmeye yardım edecektir

2.3 Hidroelektrik sistemlerde kullanılan türbinler ve regülasyon

Türbinler, akışkanın hidrolik enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinalardır. Herhangi bir yer için en uygun türbin tipinin seçimi, yerin karakteristik özelliklerine bağlıdır. Ayrıca, düşü ve debi değerine bağlı olarak hesaplanan özgül hız değerlerine bakılarak da türbin tipi belirlenir. Bir türbinin ns özgül hızı, o türbine benzer olan ve aynı cins akışkanla 1 m net düşü altında çalışıp en iyi verimle milinden 1 BG güç veren türbinin dakikadaki devir sayısı olarak tanımlanır. Tablo 2.1'de özgül hıza bağlı olarak türbin tipleri görülmektedir. (Özgül hız bağıntısı şu şekilde verilmektedir ns = n Pe 0..5 / Ho 1.25 )



Türbin tipi seçiminde türbin veya jeneratörün hızı da önemlidir. Diğer bir kriter ise türbinin kısmi debi koşullarında çalıştırılıp çalıştırılmayacağıdır. Tüm türbinler, bir güç-hız ve verim-hız karakteristiğine sahiptir. Türbin tarafından döndürülen jeneratörler, tipik bir türbinin optimum hızından daha yüksek bir devirde dönerler. Bu bağlantı kayış kasnak, dişli mekanizması veya bir kavrama yardımıyla sağlanır. Burada hız oranının minimum olması tercih edilir. Bu durumda bağlantı daha kolay ve maliyet daha düşüktür. Kural olarak 3:1 oranından kaçınmak gerekir en azından 2.5:1 oranı veya altı tercih edilmelidir. Şayet 1500 d/d ile dönen bir jeneratör varsa seçilecek türbinin hızı en az 500 d/d veya üzeri olmalıdır. Türbin hızının jeneratör hızında olması durumunda jeneratör direkt olarak türbin miline bir kavrama ile bağlanır. Üreticiler bunu tavsiye ederler. Genellikle, mikro türbin yerleştirmelerinde üniteleri ayrı olarak satın almak daha ucuzdur ve daha sonra bağlantı sistemiyle onlar yerlerine monte edilirler. Hidroelektrik sistemlerde kullanılan türbin tipleri yüksek, orta ve alçak düşü makineleri olarak sınıflandırılır. Şekil 2.9'da 50kW-2000MW güç bölgesi için, Şekil 2.10'da ise 1kW-1000kW güç bölgesi için farklı düşü ve debi bölgelerinde hidroelektrik santrallerde kullanılan türbinler gösterilmiştir.



Türbinler çalışma prensibine göre de sınıflandırılırlar. Aksiyon türbinlerinde türbin giriş ve çıkışında basınçlar atmosfer basıncına eşittir. Burada suyun kinetik enerjisinden faydalanılır. Reaksiyon türbinlerinde ise çark giriş ve çıkışı arasında basınç farkı vardır. Tablo 2.2'de aksiyon ve reaksiyon türbinleri düşü bölgelerine göre verilmiştir.



Aksiyon türbinleri reaksiyon türbinlerinden daha ucuzdur. Micro hidrolik sistemler için tasarlanan türbinler değişken debiler için uyum sağlayacak sistemlere sahip değildir. Büyük makinelerde bu ayar mekanizmaları mevcuttur. Örneğin çok püskürtücülü Pelton türbinlerinde bazı püskürtücü girişleri kapatılarak debi ayarı yapılır. Cross flow veya Francis türbinlerinde ayar kanatları vardır. Tek püskürtücülü Pelton türbininde ise iğne hareketiyle püskürtücünün kesiti değiştirilerek debi ve güç ayarı yapılır. Şekil 2.11’de kısmi yüklerde türbinlerin verim eğrilerinin değişimi verilmiştir. Pelton ve Cross flow türbinleri dizayn değerlerinin dışında farklı değerlerde de çalışmaları durumunda
oldukça yüksek verim vermektedirler. Francis türbinlerinde kısmi yükler karşısında verim düşmektedir. Hatta Uskur türbinlerinde, tasarım debisinin %80 ve üstü haricindeki debi bölgesinde çok düşük verim elde edilir. Francis türbinleri büyük hidrolik sistemlerde oldukça popüler bir türbin olmasına karşılık karmaşık bir yapıya sahip olmaları ve kısmi yüklerdeki davranışı nedeniyle mikro hidrolik sistemlerde fazla kullanılmazlar.



Büyük hidroelektrik sistemlerde 150 m brüt düşünün üzerinde Pelton türbini uygulaması yapılmaktadır. Mikro hidrolik sistemlerde daha alçak düşülerde de bu türbin kullanılabilir. Örneğin yüksek hızda dönmekte olan küçük çaplı bir Pelton türbini, 1 kW güç üretmek için 20m’nin altında düşülerde kullanılabilir. Yüksek güç ve düşük debide hız çok azalır bu da türbin boyutunu artırır. Şekil 2.12’de bir Pelton türbini görülmektedir. Güç artıkça bu tip türbinlerin çarkının çapı büyür ve türbin yavaş döner. Eğer çarkın çapı ve düşük hızı bir problem olarak kabul edilmezse Pelton türbini rahatlıkla alçak düşülerde kullanılabilir. Alçak düşü ve küçük güç ünitelerinde kullanılacak olan türbinlerin, merkezi sistemden bağımsız yerel kuruluşlarca işletilmesi nedeniyle bakım ve onarımlarının kolaylıkla yapılabilir olması çok önem taşımaktadır. Ayrıca, tesis aksamının da piyasadan kolay temin edilebilen parçalardan oluşması gereklidir. Bu açıdan Cross-flow türbinleri bu çalışma bölgelerinde çok avantajlıdır. Konstruksiyonları diğer bütün türbin tiplerine göre son derece basittir. Bu nedenle türbin, ucuz olarak küçük atölyelerde kısıtlı olanaklarla imal edilebilir. Türbin başlıca; giriş ağzı , çark ve gövdeden oluşmaktadır. Şekil 2.13'de bir cross-flow türbini görülmektedir.



Giriş ağzı kaynak tasarımı, beton veya çok düşük debilerde tahtadan imal edilebilir. Döküm veya özel malzemeye gerek yoktur. Burada en önemli husus, giriş ağzının iyi bir yönlendirici olarak yapılmasıdır. Bunun için giriş ağzının her iki yan cidarı çark çevresel hızıyla 16 derece açı yapacak şekilde dizayn edilir. Ayar mekanizması olarak bir kolla kumanda edilebilen klape, kanat veya sürgü kullanılır. Bu türbinlerinde giriş ağzı içerisine yerleştirilmiş uygun kesitli bir ayar kanadı yardımıyla debinin tamamen de kesilmesi sağlanır (Şekil 2.13). Böylece, ayrıca bir giriş vanasına da gerek kalmaz. Ekonomik ve emniyetli bir otomatik kontrol küçük tesislerde türbin tipinden ayrı, başlı başına bir sorundur. Debinin otomatik kontrolü pahalı bir çözüm olduğu için küçük santrallerde gittikçe daha az kullanılmaktadır. Çark, kaynak konstruksiyonu olarak yapılmaktadır. Çark içerisinden boydan boya mil geçirilebildiği gibi milli flanşlara da çarkı bağlamak mümkündür. Kanatlar, diğer türbin tiplerinde olduğu gibi dönük değil, silindirik borulardan kesilerek veya presle şekillendirilerek yapılır.

Reaksiyon türbinleri aynı düşü ve debi değerinde aksiyon türbinlerinden daha hızlı döner. Burada kullanılan türbinler Francis, Uskur ya da Kaplan türbinleridir. Şekil 2.14’de bir Kaplan türbini Şekil 2.15’de ise bir Francis türbini görülmektedir. Kaplan türbinleri Francis türbinlerine nazaran daha hızlı dönerler. Bu büyük avantaj nedeniyle Jeneratöre arada kayış kasnak veya dişli olmadan da direkt bağlanabilir, Francis türbinleri orta düşüşler için Kaplan türbinleri ise alçak düşüler için daha ekonomiktir. Yapımları aksiyon türbinlerine göre daha zordur, Bu nedenle mikro hidrolik sistemlerde daha az kullanılmaktadır. Ayrıca bu türbinlerde kavitasyon tehlikesi de vardır. Değişken debilerde de düşük verim verirler.



Regülatörler türbin hızını kontrol etmek için kullanılırlar. Son yıllara kadar hidrolik sistemlerde kullanılan bütün regülatörler, türbine giden suyu ayarlayarak güç değişimi sağlamaktaydı. Regülatörün görevi ister mekanik ister elektriksel olsun türbin milindeki hızı ayarlamaktır. Daha fazla güce ihtiyaç duyulduğunda türbin girişine daha fazla su verilir, benzer olarak daha az güce ihtiyaç duyulduğunda ise türbin girişi kısılarak daha az miktarda suyun türbine girişi sağlanır. Kırsal bir bölgede elektrik üretiliyorsa senkronize jeneratör kullanılır. Jeneratörün frekansı ise jeneratörün hızına ve kutup sayısına bağlıdır. Örneğin 4 kutuplu bir jeneratör 50 Hz için 1500 d/d ile dönmelidir. Bu hızın artma veya azalması durumunda üretilen frekans da artar veya azalır. Hidrolik sistemde kullanılan regülatörler İki grupta incelenir. Bunlar geleneksel ve geleneksel olmayan regülatörlerdir. Geleneksel olanlar, yüksek standartta olup tüm sistem boyutlarında kullanılırlar. Karmaşık ve pahalıdırlar. Son zamanlarda küçük sistemler için daha fazla yük kontrol regülatörleri kullanılmaya başlanmıştır. Bunların yapısı çok daha basittir. Maliyetin düşük olması istenen bütün mikro hidrolik sistemlerde yük kontrol regülatörleri tercih edilir. Yük kontrolü bir elektronik cihaz olup kullanıcı yükünün değişmesinde dahi jeneratörde sabit bir elektrik yükü sağlar. Türbinde debi akış kontrol cihazına ve regülatör sistemine ihtiyaç duymaz. Türbin debisi sürekli aynı sabit değerinde tutulur. Yük kontrolü jeneratörde daima sabit bir elektrik yükünü garanti eder. Türbin çıkış gücü sabittir dolayısıyla hız da sabit olacaktır. Yük kontrolü, ana yük tarafından istenmeyen ikinci bir safra yükü sağlayarak sabit bir jeneratör çıkışı sağlar. Çalışma prensibi ise kısaca şu şekildedir: Daha az yüke ihtiyaç olduğu anda türbin hızı ve frekans düşmeye başlayacaktır, bu durum yük kontrolü tarafından algılanacak ve ilave safra yükünü sağlamak üzere dirençler devreye girecektir, böylece kullanıcı yükünün değişmesi durumunda da jeneratördeki toplam yük sabit kalacaktır. Yük kontrolü normalde frekansı veya voltajı sürekli ölçerek türbin hızını kontrol edecektir. Bu sistemin en büyük avantajı ucuzluğu ve basitliğidir. Tamir ve hareketli parça gerektirmez.

2.4 Türkiye'nin hidroelektrik potansiyeli

Türkiye'nin yağış rejimi zaman ve yer bakımından oldukça düzensiz ve dengesizdir. Meteorolojik koşullara bağlı olarak her yıl önemli ölçüde değişim gösterme niteliğine sahiptir. Bu durumda hidroelektrik üretimin de yıllara göre farklılıklar göstermesi kaçınılmazdır. Uzun yılları kapsayan meteorolojik gözlemlere göre yılda ortalama 643 mm olan yağışlar 501 milyar m3 suya karşılık gelmektedir. Bu ortalama değerin ancak 186 m3 'nün çeşitli büyüklükteki akarsular aracılığı ile denizlere ve kapalı havzalardaki göllere doğru akışa geçtiği kabul edilmektedir. Akarsularımızın düzenlenmesi ve maksimum faydanın sağlanabilmesi için bugünkü etütlere göre 702 adet barajın inşa edilmesi gerekmektedir [TÜBİTAK-TTGV]. Topoğrafyası ve morfolojik yapısı göz önüne alındığında ülkemiz hem düşü hem de debi açısından şanslı sayılabilecek ülkeler arasında yer almaktadır. Türkiye'nin kaynak varlığı ve mevcut durumuna göz atmadan önce teknik yapılabilirlilik ve ekonomik yapılabilirlilik kavramlarının açıklamasını yapmak gerekecektir.

Teknik yapılabilirlilik: Teknik açıdan söz konusu projenin gerçekleşmesine engel oluşturacak düzeyde herhangi bir mühendislik sorununun olmaması halidir.

Ekonomik yapılabilirlilik: Bir projenin toplam yıllık gelirinin toplam yıllık giderinden fazla olması halidir. Türkiye'deki hidroelektrik kaynak varlığını üç kısımda incelemek gerekir. [ ].

Brüt potansiyel: Ülkemizde mevcut hidroelektrik kaynakların üretim potansiyelinin teknik ve ekonomik yapılabilirlilik koşulları göz önüne alınmadan teorik olarak mevcut tüm düşü ve ortalama debi kullanılarak hesaplanmasıdır. Türkiye'nin brüt hidroelektrik enerji potansiyeli 430 milyar kWh civarındadır.

Teknik potansiyel: Ekonomik yapılır olması koşulu göz önüne alınmadan, ülkenin hidroelektrik kaynaklarından ''Teknik yapılabilir'' olanlarının tümünün değerlendirilmesi durumunda ulaşılacak üretim miktarıdır. Ülkemizin teknik hidroelektrik potansiyeli 215 milyar kWh mertebesindedir. Teknik ve ekonomik potansiyel : Ülkenin brüt hidroelektrik potansiyelinin hem ''teknik'' hem de ''ekonomik'' olarak değerlendirilebilir bölümüdür. Yıldan yıla farklılıklar göstermekle birlikte bugün için Türkiye'nin teknik ve ekonomik hidroelektrik potansiyeli 124.5 milyar kWh ' dır.

1997 yılı başı itibarıyla mevcut duruma bir göz atıldığında Türkiye'de 124.5 milyar kWh olarak bulunmuş olan teknik ve ekonomik potansiyelin şimdiye kadar sadece 36.341 milyar kWh'lık bölümünün kullanıldığı görülmektedir. Gelişmiş olan ülkelerin bir çoğunda bu potansiyelin büyük bir bölümünün değerlendirilmiş olmasına rağmen Türkiye'de işletmeye açılmış tesislerle söz konusu potansiyelin ancak % 29'luk bölümü hizmete sunulmuş durumdadır. Ülkemizde gerçekleşme oranının istenen düzeyde olmamasının başlıca nedeni olarak, hidroelektrik santral projelerinin ilk yatırım maliyetlerinin diğer kaynaklarla kıyaslandığında yüksek olmasıdır. Dünyada hidroelektrik üretim 1925 yılında 78.7 TWh iken, 2000 yılında 4000 TWh'e ulaşacaktır. 2000 yılında hidroelektrik üretimin toplam enerji üretimi ve birincil enerji üretimindeki payının sırasıyla %14 ve %5.5 olacağı tahmin edilmektedir.

Hidroelektrik enerji için ilk yatırım maliyetinin yüksek oluşu ve inşa süresinin uzunluğu olumsuz

faktörler olarak ileri sürülmektedir. 1995 yılı sonu itibarıyla tesislerin birim yatırım maliyetleri şu

şekildedir :

Doğal gaz santralleri 680 $/kW

Linyit santralleri 1600 $/kW

İthal kömür santralleri 1450 $/kW

Hidrolik santraller 1200 $/kW

Nükleer santraller 1800-2700 $/kW

Görüldüğü gibi sadece doğal gaz santralleri hidroelektrik santral maliyetinden daha ucuzdur. Hidroelektrik santrallerin inşa süreleri uzun olmasına karşılık ekonomik ömürleri termik santrallerden daha uzundur. Kömür yakıtlı santraller ile kombine çevrimli santrallerin ömürleri 25 yıl iken baraj ve hidroelektrik santrallerin ekonomik hizmet süresi 40-50 yıldır. Bu değerler fizibilite çalışması değerleridir. Bazı rehabilitasyon çalışmaları ile hidrolik santrallerin ömürleri 75-100 yıla çıkartılabilmektedir. Ayrıca termik santraller doğal kaynakları tüketir. Buna karşılık hidrolik potansiyelin gelişmesi ile barajlarda meydana getirilen yapay göller vasıtasıyla ortamda oluşan buharlaşma havzanın daha fazla yağış almasına yol açmakta diğer bir deyişle kaynak artırıcı olarak işlev görmektedir. Hidroelektrik santrallerin teknik bazda en büyük avantajı diğer santraller kıyasla (özellikle pik saatlerde) çok çabuk devreye girme özelliğidir. Gerçekten bir hidroelektrik santralin ani talep durumunda devreye girmesi için sadece birkaç saniyeye gereksinim varken bu süre termik santraller için birkaç saati almaktadır. Türkiye'nin en fazla kullanılan alternatif enerji kaynağı olmasına rağmen potansiyelin %29 'luk kısmı kullanılmaktadır. Türkiye'nin geliştirilen projelere göre öngörülen ekonomik hidroelektrik potansiyeli 125 milyar kWh/yıl dır. Bu potansiyelin 1997 yılına kadar ancak % 29'u (36 milyar kWh/yıl) üretilebilmiştir. İnşa halindeki 33 adet santralin devreye alınması ile ekonomik potansiyelin %38'i değerlendirilmiş olacaktır. Potansiyelin değerlendirilmemiş %62 lik bölümü en az ön inceleme aşamasında etüdü tamamlanmış 363 hidroelektrik santralin yapımını kapsamaktadır [TÜBİTAK-TTGV].

Güneş enerjisi

3.1 Giriş

Türkiye güneş kuşağı adı verilen 40o kuzey ve 40o güney enlemleri arasında yer almakta ve güneş enerjisi bakımından orta zenginlikte bir ülke durumundadır. Güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresinin yüksek olmasına karşılık düşük ve orta sıcaklık uygulamalarında sınırlı sayıda kullanılmaktadır. Sanayinin toplam enerji ihtiyacının karşılanmasında güneş enerjisinden yalnızca % 0.1 oranında faydalanılmaktadır. Ülkemizde güneş enerjisi uygulamaları ağırlıklı olarak, güneş toplayıcıları vasıtasıyla düşük sıcaklıkta sıcak su ve sıcak hava üretimi ile sınırlı kalmıştır. Güneş enerjisi uygulamaları; sıcak su üretimi, bitkisel ürünlerin soğutulması ve kurutulması, pişirilmesi, deniz suyunun damıtılması, elektrik üretimi, hacim ısıtılması ve soğutulması, sulama suyunun pompalanması, endüstriyel işlem ısısı üretme, fotokimyasal ve fotosentetik çevrimlerin gerçekleştirilmesi olarak sıralanabilir.

Güneş enerjisinin üstünlükleri şunlardır: yakıt masrafının olmaması, işletme maliyetinin düşük olması, proses ısısının istenilen sıcaklıkta doğrudan elde edilmesi, enerji kaynağının tükenmez oluşu ve en önemlisi çevreyi kirletmemesidir. Dezavantajları ise; geniş kullanım alanlarına ihtiyaç duyulması, kullanılabilir enerjileri dönüştürme teknolojisinin henüz tam olarak yaygınlaşmaması, ilk yatırım maliyetinin yüksek olması ve gelen enerjinin kesikli ve değişken olmasıdır. Bu dezavantajların ortadan kaldırılması için gerekli teknolojiler üzerinde bilimsel çalışmalar devam etmektedir.

Güneş enerjisinin ısıl çevrim yöntemi ile toplanması
Isıl çevrim yöntemi ile güneş enerjisinden yaralanma, günümüzde en fazla uygulama alanı bulmuş ve dolayısıyla en fazla gelişme göstermiş güneş enerjisi teknolojisidir. Isıl çevrimler sonucunda ulaşılabilen sıcaklık limitleri ve aynı zamanda kullanılan teknolojiler bakımından üç grupta toplamak mümkündür.

3.2.1 Düşük sıcaklık uygulamaları

Güneş enerjisinden en basit ve en yaygın yararlanma yöntemi, düzlemsel güneş toplayıcıları yardımıyla gelen güneş enerjisinin su, hava veya herhangi bir akışkana iletilmesidir. Düzlemsel güneş toplayıcıları genel olarak; saydam örtü, güneş ışınımını toplayan yutucu yüzey, yüzeye entegre edilmiş taşıyıcı borular, yalıtım malzemesi ve kasadan ibarettir. Bu tip toplayıcıların verimini arttıran en önemli parametre, güneş ışınlarını ısı enerjisine dönüştüren ve bu ısıyı akışkana aktaran yutucu yüzeydir. Yutucu yüzeyde yapılan seçici yüzeyli kaplama ile toplayıcı veriminde önemli artışlar sağlanmaktadır. Düzlemsel güneş toplayıcıları, güneş ışınımını ısı enerjisine dönüştüren en basit ve en yaygın olarak kullanılan araçlardan birisidir. Şekil 3.1'de farklı tipte tasarlanmış güneş toplayıcıları görülmektedir. Toplayıcı verimi; yutucu yüzey kaplamasına, geometrisine ve yüzey için seçilen malzemenin özelliğine bağlı olarak değişir. Bu yüzeyin imalinde bakır, alüminyum, paslanmaz çelik, saç, plastik gibi malzemeler kullanılır. Yutucu yüzey kaplamalarının başlıca görevi güneş ışınımını mümkün olduğu kadar yutması ve ısıya dönüştürmesidir. Yutucu yüzey kaplaması olarak siyah mat boya ve seçici yüzey kaplamaları kullanılır. Şekil 3.2'de siyah boyalı ve seçici yüzeyli plakada güneş ışınımının yutulması ve yayılması arasındaki fark görülmektedir. Yutucu yüzey siyah mat boya ile boyandığında yüzeyin güneş ışınımını yutma oranı %90-98, uzun dalga boylu ışınımı yayma oranı ise %85-92 arasındadır. Yani yüzey yuttuğu ışınımın büyük kısmını geriye vermektedir. Seçici yüzeyli kaplamalarda temel amaç, kısa dalga boylu ışınımın tamamına yakın kısmının yutulması buna karşılık uzun dalga boylu ışınım yayıcılığının en aza indirilmesidir. Böylece plaka sıcaklığı daha fazla artırılarak akışkana daha fazla ısı iletimi sağlanır. Seçici yüzeyler; sıcaklık yükselmesinde daha az ışınım yayarlar, dolayısıyla toplayıcı verimi yüksektir. Yüksek verimli toplayıcıların imalatında en önemli faktör; toplayıcının temelini oluşturan yutucu plakaların güneşten gelen radyasyonu yutması buna karşılık ısınan yutucu yüzeyin geriye enerjiyi yaymamasıdır. İsviçre standardına göre yutucu plakaların optik özellikleri üç sınıfa ayrılmaktadır.



Seçici kaplamalar: 0.0 ≤yayma katsayısı ≤ 0.20, yutma katsayısı> 0.9

Yarı seçici kaplamalar: 0.15 ≤ yayma katsayısı ≤ 0.20, yutma katsayısı > 0.9

Seçici olmayan kaplamalar:0.5 ≤ yayma katsayısı ≤ 1.00, yutma katsayısı > 0.9

Seçici yüzeylerin hazırlanmasında sputering, kimyasal buhar depozisyonu, metal spreyi, kimyasal oksidasyon ve elektroliz gibi çeşitli teknikler kullanılır. Dünyada seçici yüzey kaplaması olarak iki tür kaplama ticari olarak kullanılmaktadır. Alüminyumun anodik oksidasyonu ile oluşturulan pöroz yüzeye nikel oksit ile yapılan renklendirme ve bakır üzerine nikel kaplanmış yüzeye siyah krom ile renklendirmedir.



Şekil 3.1 Farklı tiplerde güneş toplayıcıları (a) su dolu bir kap, zemine ısı kaybı fazla (b) su dolu bir kap, zemine ısı kaybı az, (c) siyah lastik, (d) zemin izolasyonlu siyah lastik, (e) izolasyonlu siyah lastik, (f) metal boru veya levhalı cam örtülü düzlem toplayıcı, (g) çift camlı düzlem toplayıcı, (h) seçici yüzeyli düzlem toplayıcı, (i) vakum borulu toplayıcı, taşınım ile ısı kaybı yok.



Şekil 3.2 Siyah boyalı ve seçici yüzeyli plakalarda güneş ışınımının yutulması ve ısı ışınlarının yayılması

Farklı uygulama alanlarına bağlı olarak geliştirilen toplayıcı tipleri ve çalışma sıcaklıkları Tablo 3.1’de verilmiştir. Ülkemizde sıcak su ısıtma amaçlı olmak üzere 2.5- 3 milyon m2 kurulu toplayıcı alanı mevcut olup, yıllık toplayıcı üretimi 400-500 bin m2 düzeyindedir. Özellikle, güneş enerjisi potansiyelinin yüksek olmasından dolayı Akdeniz ve Ege Bölgelerinde yoğun olarak kullanılmaktadır.



Düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılan diğer bir toplayıcı tipi ise havalı güneş toplayıcılarıdır. Havalı güneş toplayıcıları; yutucu yüzey ve çalışma akışkanı hava yardımıyla güneş enerjisini ısı enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Yutucu yüzeye gelen güneş ışınlarının büyük bir kısmı burada yutulur ve taşınım ile sistemde dolaştırılan çalışma akışkanı havaya aktarılır. Toplayıcılardan elde edilen yararlı ısı; toplayıcıdan geçirilen çalışma akışkanının giriş ve çıkış entalpi farkına eşittir. Yutucu yüzey olarak kanatçıklı metal levhalar, V-şekli verilmiş metaller, düz metal levhalar, içinden çalışma akışkanın geçtiği ağ şeklinde malzemeler, yarılmış ve açılmış metaller, sentetik ve doğal kürkler kullanılmaktadır. Yutucu yüzey ile çalışma akışkanı arasında ısı transfer katsayısı küçük olduğundan seçilen malzemenin ısı transfer alanı/hacim oranının büyük olması gerekmektedir. Bu şekilde ısı transfer alanı artacağından çalışma akışkanına aktarılan enerji miktarı da artar. Yutucu yüzeyin pürüzlü olması ısı transferinde artışa neden olur. Pürüzlülük ısıl verimi olumlu yönde etkilerken, toplayıcıda oluşacak basınç kaybını dolayısıyla fan gücünü artırır.

Düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılan havalı ve sıvılı güneş toplayıcıların uygulama alanları olarak; kullanım suyu ısıtması, konut ısıtması, sera ısıtması, tarımsal ürünlerin kurutulması, büyük hacimlerin ısıtılması ve soğutulması olarak sıralanabilir.

a) Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemleri: Güneş enerjili su ısıtma sistemleri özellikle maliyet ve çevre şartları dikkate alınarak kurulmalıdır. Uygulamada kullanılan güneşli su ısıtma, genellikle doğal dolaşımlı sistemlerdir. Uygulama şartlarına bağlı olarak ters dolaşımlı, aşağıya doğru boşaltmalı, geriye doğru boşaltmalı ve donmayan sistemler tercih edilebilir. Doğal dolaşımlı su ısıtma sisteminin toplayıcısında güneş radyasyonunun yutulması sonucunda, yutucu plaka kanallarında dolaşan su ısıtılır. Isınan suyun yoğunluğu azalarak, kendiliğinden yükselir ve depolama tankına üst kısımdan girer. Depolama tankının alt kısmındaki soğuk su, yer çekiminin etkisi ile dışarı çıkar ve toplayıcının alt kısmına ulaşır. Bu dolaşım, toplayıcı ve depolama tankı sıcaklıkları birbirine eşit oluncaya kadar devam eder. Güneş radyasyonunun şiddeti arttıkça, akışkanın dolaşım hızı da artar. Sıcak su kullanılmak istendiğinde, su depolama tankının üstünden alınır. Suyun sıcaklığı yeterli değilse, yardımcı bir enerji kaynağı ile ısıtmaya devam edilerek istenilen sıcaklığa ulaşılır (Şekil 3.3a). Şekil 3.3b'de ise zorlanmış dolaşımlı bir sistem görülmektedir. Bu sistemde genel olarak pompa, diferansiyel termostat, sıcak su deposu, ve tek yollu çek valf bulunur. Toplayıcı devresinde şebeke suyu dolaştırılmaktadır. Ek ısıtıcı ise sıcak su deposunun dışındadır. Burada suyun dolaşımı bir pompa ile sağlanmaktadır. Bu sistemin en önemli avantajlarından birisi ise depoyu istenilen yere monte imkanı vardır. Şekil 3.3c'de ise zorlanmış dolaşımlı kapalı devreli bir sıcak su sistemi verilmiştir. Toplayıcı devresinde dolaşan antifirizli su bir ısı
değiştiricisi ile sıcak su deposu içerisinden geçirilmekte ve yeniden toplayıcıya pompalanmaktadır. Zorlanmış dolaşımlı kapalı devreli sıcak su sistemlerinde genellikle iki depo kullanılır (Şekil 3.3d). Burada ısı eşanjörü deponun dışındadır.



b) Güneş Enerji ile Kurutma: Kurutma, özellikle gıda, kimya, seramik, kağıt, tekstil ve deri sanayilerinin temel işlemlerinden birisidir. Gıda endüstrisinde kurutma ile, meyve ve sebzelerin besin değerlerini kaybetmeden uzun süre saklanabilmesi ve korunabilmesi amaçlanmaktadır. Kurutma ile besin maddesindeki su yüzdesi azaltılarak meyve asidi, amino asidi gibi zararlı enzimlerin faaliyeti de durdurulmaktadır. Güneş enerjisi ile kurutma, kurutulacak malzemeyi direkt güneş radyasyonu etkisinde bırakarak veya güneşle ısıtılan havayı doğal veya zorlanmış dolaşımla malzemenin üzerinden veya içinden geçirerek sağlanır. Bu sistemlerde güneş ışınımının yanı sıra dış hava sıcaklığı, bağıl nem ve hava hızı da kurutma hızını etkilemektedir. Güneşli kurutucular, açık havada yapılan kurutmanın belli başlı mahzurlarını telafi etmektedir.

Bu kurutucular yalnız başlarına kullanılabildikleri gibi fosil yakıtlı sistemlerle birlikte de kullanılabilmektedir. Güneş enerjili kurutma sistemlerinin güneşte doğal kurutmaya göre avantajları şu şekilde sıralanmaktadır: (i) Kurutulacak ürün tozlanma, zararlı böcekler ve yağmur gibi dış etkenlerden korunabilmektedir, (ii) Kurutulacak ürünün düzgün yerleştirme ve yeterli hava sirkülasyonu ile homojen kurutulması sağlanabilmektedir, (iii) Kurutma havası, ürünün zarar görmeyeceği en yüksek sıcaklığa kadar ısıtılabilmektedir, (iv) Kurutma ortamına hava giriş ve çıkış debileri ile kurutma hızları kontrol edilmektedir.

Güneş enerjili kurutma sistemlerinde, kurutulacak ürünün cinsine göre direkt veya indirekt kurutucular kullanılır. Direkt kurutucularda ürün direkt olarak güneşin etkisine bırakılır. İndirekt kurutucularda ise ürün kapalı, izolasyonla korunan kurutma odasına yerleştirilir. Direkt kurutucularda ürüne ısı transferi taşınım ve radyasyon ile gerçekleşir. Bundan dolayı kurutma oranı; indirekt güneş ışınımının etkisinde kalış biçimine, kurutucudan geçen kurutma havasının atılış biçimine ve kurutucu hacminde dolaşan havanın sıcaklığına göre sınıflandırılabilmektedir. Şekil 3.4’de farklı çalışma koşulları için dizayn edilen kurutma sistemleri verilmektedir. Güneşin kurutulan ürün üzerine başka etkileri görülmektedir. Örneğin; üzüm ve hurmaların kurutulmasında güneş ışığı etkisi altında kalmak kurutulan ürünün renk oluşumu
için gereklidir. Oysa bazı meyvelerin kurutulmasında güneş ışığı etkisi altında kalmak C vitamını miktarını azaltmakta veya renk oluşumunu ters olarak etkileyebilmektedir. Bu nedenle kurutucu seçiminde kurutulan ürünün özellikleri de dikkate alınmalıdır.



Şekil 3.4 Güneş enerjisi ile kurutma prosesleri ve çeşitli kurutucu dizaynlar

c) Güneş Enerjisi İle Damıtma: Güneş ışınımı yüksek olan deniz kıyısında bulunan bölgelerde ve adalarda ulaşım imkanlarının güç olması nedeniyle güneş enerjili damıtıcılar büyük kolaylık sağlamaktadır. Deniz suyundan tatlı su üretiminde faydalanılan geleneksel sistemlerin enerji işletme maliyetlerinin yüksek oluşu, hava kirliliğine yol açmaları, pahalı ve hassas cihazlar kullanma zorunluluğu gibi olumsuz yönleri vardır. Deniz suyunun içilebilir hale getirilmesinde güneş enerjisinin kullanılması yukarıda sayılan olumsuzlukları ortadan kaldırmaktadır. Deniz suyundan tatlı su üretiminde iki temel yöntem kullanılmaktadır. Bunlardan birincisi suyu çözeltiden ayıran buharlaştırma, dondurma, kristalleşme ve filtreleme olup ikincisi ise suyu çözeltiden ayıran elektrodiyaliz, ekstraksiyon, iyon değişimi ve difüzyon sistemleridir. Güneş enerjisi ile suyun damıtılmasında yaygın olarak kullanılan basit sera tipli damıtıcı Şekil 3.5’de görülmektedir. Bu tip damıtıcıda tuzlu suyun bulunduğu bölümün tabanı güneş ışığını absorplaması için siyaha boyanmıştır. Üstte ise hava sızdırmaz geçirgen bir kapak mevcuttur. Cam kapak, toplama kanalına doğru eğimlidir. Cam kapaktan geçen güneş ışınları, su ve siyah yüzey tarafından yutulur. Bu enerji, tabandaki tuzlu suyu ısıtır ve bir kısım tuzlu suyun ısınmasına ve buharlaşmasına neden olur. Su yüzeyine yakın bölgelerde nem artar, dolayısıyla kapalı sistemde taşınım akımları oluşur. Daha ılık nemli hava, daha soğuk cama doğru yükselir. Burada su buharının bir kısmı cam yüzeyinde yoğuşur, aşağıya doğru kayarak toplama kabına damlar ve temiz su alınır. Damıtıcıdaki soğuk su güneş radyasyonuna bağlı olarak ısınır. Su sıcaklığı yükseldikçe damıtma işlemi hızlanır. Damıtma gün boyunca yavaş yavaş ilerlemesine karşılık, güneş batışından sonra çevre sıcaklığının düşmesine bağlı olarak cam sıcaklığının düşmesiyle artar. Güneş enerjili damıtıcıların veriminin arttırılması için çalışmalar devam etmektedir. Farklı tiplerde damıtıcılarda imal edilmektedir.



Şekil 3.5 Basit sera tipi güneş enerjili damıtma sistemi.

d) Güneş Enerjisi ile Soğutma: Soğutmaya ihtiyaç duyulan mevsimde güneş enerjisinin bol olması, bu kaynağın soğutma amacıyla kullanılmasını cazip kılmaktadır. Soğutma, hem sıcaklık konforunu sağlamak hem de gıda maddeleri gibi dayanımı az olan maddelerin depolanması için gereklidir. Güneş enerjisi ile soğutma son yıllarda araştırması yapılan güneş enerjisi uygulamaları içinde önemli bir yer tutmaktadır. Soğutma işlemleri için güneş enerjisi; Rankine çevrimli mekanik buhar türbinli sistemlerde, absorbsiyonlu sistemlerde, termoelektrik sistemlerde, ejektörlü sistemlerde, adsorbsiyonlu sistemlerde, Brayton çevrimli mekanik sistemlerde, gece ışınım etkili sistemlerde ve fotovoltaik ünitelerde enerji kaynağı olarak kullanılabilmektedir. Bu sistemler içinde absorbsiyonlu soğutma sistemi, düşük sıcaklık uygulamaları için en uygun olanıdır. Kapasite kontrolünün basitliği, yapım kolaylığı ve performans katsayısının yüksekliği absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin avantajlarıdır. Termoelektrik soğutma sisteminde, kullanılan güneş enerjisi hücrelerinin pahalı olmasından dolayı, kullanımı yaygın değildir. Ejektörlü soğutma sistemi ise ekonomik nedenler ve düşük buharlaştırıcı sıcaklıklarının sağlanmamasından dolayı diğer sistemlere göre daha az avantajlı sayılmaktadır. Adsorpsiyonlu sistem, evaporatif soğutma ile bazı nem alma maddeleri tarafından havanın neminin giderilmesi işleminden oluşmaktadır. Düşük sıcaklıklarının elde edilmesi ve ekonomik olmaması nedeniyle çok sınırlı olarak klima uygulamalı için kullanılmaktadır. Brayton çevrimli mekanik sistem ekonomik olmaması, düşük performans katsayısı ve sistem karmaşıklığı gibi dezavantajlar göstermektedir. Ayrıca gece ışınım etkili güneş enerjisi elemanları kullanılan bu sistemde soğutma, ışınımla ısı transferi yoluyla gece gökyüzüne enerji kaybedilmesi şeklinde oluşmaktadır. Bu sistemde düşük sıcaklıkların elde edilmemesi ve uygun meteorolojik koşullar gerektirmesi nedeniyle tercih edilmemektedir.

Güneş enerjili absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde, Amonyak-Su ve Lityum Bromür- Su akışkan çiftleri başarılı bir şekilde kullanılmaktadır. Amonyak-su kombinasyonlu absorbsiyonlu soğutma sistemi gıdaların soğukta saklanmasında gerekli olan düşük sıcaklıklar için oldukça elverişli olmaktadır. Aynı zamanda ucuz ve ticari olarak kullanılabilmektedir. LityumBromür-Su kombinasyonu ise hava şartlandırma (klima) uygulamaları için uygun olmaktadır. Absorpsiyonlu soğutma çevriminde, soğutucu akışkan ve soğutucu akışkan gazını absorblayan sıvı akışkan (absorbent) bulunur. Şekil 3.6’da görüldüğü gibi güneş enerjili absorbsiyonlu soğutma sistemi; generatör, absorber, evaporatör, kondenser gibi dört ana elemandan oluşmaktadır. Absorberde bulunan çözelti, bir sıvı pompası ile basınçlandırılarak generatöre gönderilir. Güneş enerjisinden sağlanan ısı ile soğutucu akışkan absorbentten ayrılır. Generatöre ısı verilerek karışımdan ayrılan soğutucu geçer. Sıvı haldeki soğutucu akışkanın basıncı düşürülerek evaporatöre gönderilir. Burada basıncı düşen soğutucu akışkan ortam ısısını alarak buhar haline geçer ve absorbere ulaşır.



e) Güneş Enerjisi ile Pişirme: Güneş ocakları, dünyada güneş enerjisi potansiyeli yüksek olan Hindistan, Pakistan ve Çin gibi ülkelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Çin’de bugün 400.000’den fazla güneş ocağı kullanılmaktadır. Güneş ocaklarının, gereken ısının depolanamaması, güneş ışınımının düşük olduğu saatlerde kullanılamaması gibi dezavantajları vardır. Daha çok gelişmekte olan ülkelerdeki araştırıcılar tarafından geliştirilen modeller ticari olarak da kullanım potansiyeli bulmuştur. Ayrıca kamplarda ve pikniklerde kullanılmak üzere katlanabilir, yansıtıcılı, kolay taşınabilir yapıda güneş ocakları geliştirilmektedir. Isı kutulu güneş ocağı Şekil 3.7‘den de görüldüğü gibi birkaç tabakalı cam veya geçirgen örtü ile yalıtılmış bir kaptan oluşmuştur. Bu tip ocaklarda sera etkisinden yararlanılır. Burada geçirgen örtü kısa dalga boylu güneş ışınımının geçişine izin verirken, iç ortamdaki düşük sıcaklıktaki maddelerin yaydığı uzun dalga boylu ışınların geçişine izin vermez. Ayrıca pişirme hacmi üzerine gelen güneş ışınımını artırmak için aynalar kullanılabilmektedir. Parabolik yansıtıcılı güneş ocaklarında ise pişirilecek malzeme yoğunlaştırıcının odak noktasına yerleştirilir. Bu tip sistemler günün büyük bir kısmında verimlidir, çünkü güneşin hareketini takip etmek için yönlendirilebilirler. Fakat açıkta çalıştıkları için rüzgarın konveksiyonundan dolayı büyük ısı kayıpları meydana gelebilir. Güneş fırınları ise ısı kutulu güneş ocaklarına benzer prensiple çalışırlar. Bu sistemde doğrudan gelen güneş ışınımı yansıtıcılar kullanılarak yoğunlaştırılır. Böylece fırın içinde doğrudan yüksek sıcaklıklara ulaşmak mümkün olmaktadır.



(f) Tuz tabakalı güneş havuzu

Güneş enerjisinden düşük sıcaklıkta (100oC' nin altında) ısı enerjisi üreten sistemlerden birisi de tuz tabakalı güneş havuzlarıdır(TTGH). TTGH sistemi, normal bir havuz tabanındaki konveksiyon akımlarını tamamen engellemek veya en alt seviyeye indirmek böylece havuz tabanındaki ısı enerjisini orada muhafaza etmek amacıyla gelişme aşamasında bulunan bir tekniktir. Bu sistemlerle ısıyı tabanda 3-4 ay kadar tutmak mümkündür. Tabanda toplanan ısı enerjisi, proses ısısı olarak kullanılabileceği gibi alçak basınç ve sıcaklıkta buharlaşabilen freon ve amonyak gibi akışkanlar sayesinde elektrik enerjisi üretiminde de kullanılabilir. TTGH sistemi genel olarak iki veya üç tabakadan oluşur. En alt tabaka homojen bir tuz konsantrasyonuna sahiptir. Üstteki tabakalar ise yüzeyden tabana doğru artan bir tuz konsantrasyonuna sahiptir. TTGH sisteminde tabanda depo edilen ısı enerjisi uygun bir ısı değiştiricisi yardımıyla çekilmesi mümkündür. Şekil 3.8'de bir TTGH sistemi ile elektrik üretimi prensibi verilmiştir.



100-350°C arasındaki orta sıcaklıklar uygulamalarında güneşi izlemeyen silindirik odaklı toplayıcılar kullanılır. Odaklı toplayıcılar güneş ışınlarını yansıtarak veya kırarak belli bir yerde toplayabilen ayna ve mercek sistemleridir. Yani bunlar, odak düzleminde, ısı iletim akışkanını içeren bir yutucu bulunan ayna veya mercekli sistemlerdir (Şekil 3.9)



Aynalardan oluşan odaklı toplayıcılar, güneş ışınlarını tek bir kez veya ardarda iki kez yansıtarak yoğunlaştırır. Aynalar, düz silindirik, konik, küresel veya parabolik olabilir. Yoğunlaştırıcı toplayıcı tek bir ayna veya mercekten ibaret olabileceği gibi birçok ayna veya mercekten de oluşabilir. Şekil 3.10'da farklı tipte tasarlanmış yoğunlaştırıcılı sistemler gösterilmiştir [Duffie, 1991]. Bu sistemlerde güneş ışınları bir toplama hattı üzerine yoğunlaştırılmaktadır. Su buharı üreten bu sistemlerden bir kısmı Avusturalya, Avrupa, ABD ve Japonya’da endüstriyel uygulama bulmuştur.



Şekil 3.10 Farklı tipte tasarlanmış yoğunlaştıran toplayıcılar: (a) arka plandaki yansıtıcıdan yansıyan ışınları yutan boru tip, (b) eğri yüzeyli yansıtıcıdan yansıyan ışınları yutan boru tip, (c) düzlem yansıtıcılı düzlem yutuculu tip, (d) parabolik yoğunlaştırıcı tip, (e) Fresnel yansıtıcı, (f) kuleye yoğunlaştırıcılı tip

3.2.3 Yüksek sıcaklık uygulamaları

Güneş enerjisinden 350°C ve daha yüksek sıcaklıklar elde edilmesinde, iki eksende güneşi izleyen ve çok sayıda aynalardan oluşan güneş fırınları ya da merkezi toplayıcı güneş kuleleri kullanılmaktadır. Tek tek yönlendirilmiş “heliostat” adı verilen aynalar güneş enerjisini bir kule üzerindeki sabit noktaya yoğunlaştırmaktadır. Güneş fırınları ve kuleleri madenlerin ergitilmesinde ve elektrik üretiminde kullanılır.

Güneş enerjili termal elektrik üretimi, bilinen elektrik üretim yöntemleriyle benzerlik gösterir. Bu enerji dönüşüm sistemlerinde, ya bir türbini döndürmek için gaz veya buhar kullanılır ya da bir pistonun ileri geri hareketi ile Stirling motoru çalıştırılır. Güneş enerjili termal güç sistemlerinde direkt güneş ışınımının yoğunlaştırılması suretiyle buhar ya da sıcak gaz üretilir.

Güneş termal güç teknolojileri şu şekilde gerçekleşmektedir:

- Bir kollektör sistemi kullanarak güneşten gelen radyasyonunun toplanması

- Bir toplayıcı üzerine güneş radyasyonun yoğunlaştırılması



- Toplayıcı yardımıyla güneş radyasyonunu termal enerjiye çevirme

- Termal enerjinin bir güç dönüşüm sistemine transferi

- Termal enerjiyi elektrik enerjisine çevirme

Güneş enerjisi ile elektrik üretimi termoelektrik dönüşüm ve fotoelektrik dönüşüm ile elde edilmektedir. Termoelektrik dönüşümde güneş yoğunlaştırıcısı olarak; parabolik aynalar, çanaklar veya heliostatlar kullanılır. Akışkanın güneş radyasyonu ile ısıtılarak buharlaştırılması ve buharın bir turbo-jenetörü çevirmesi sağlanır. Bu sistemlerin ulaşılması güç bölgelerde ve köylerde elektrik enerjisi olarak kullanımını sağlamak ve enterkonnekte sisteme bağlamak için çalışmalar devam etmektedir. Bu sistemlerden en büyüğü, Kaliforniya'da 354 MW pik gücü üreten bir tesis olup 1985 ile 1991 yılları arasında kurulan 9 adet Güneş Elektrik Üretim Sistemi (SEGS) dünyada ağa bağlı olarak üretilen elektriğin % 90'nını kapsamaktadır. Bu tesis 1 milyon metrekareden fazla güneş toplayıcısından ibarettir.

SEGS tesislerinde üretilen elektriğin maliyetinin % 25'ini bakım ve üretim masrafları oluşturmaktadır. Düşük fosil yakıt fiyatlarından dolayı elektrik üreten konvensiyonel fosil yakıt tesislerle, elektrik ağına bağlı güneş enerjili elektrik tesislerinin rekabet etmesi günümüzde oldukça zordur. Çanak sistemler güneşi izlerler ve güneş enerjisini yutacak olan alıcıya odaklarlar. Yüksek verimlerinden dolayı bu sistemlerde Stirling makineleri tercih edilmektedir. Son on beş yıl içerisinde 2 kW ile 50 kW arasında büyüklüğe sahip, 8 farklı çanak alıcı ABD, Almanya, Japonya ve Rusya'daki şirketler tarafından imal edilmiştir. Üretici firmalar, bu sistemleri, su pompalaması ve uzak bölgelerde enerji temini için ihraç etmektedirler. Gelecek yıllarda bu sistemlerle köy elektrifikasyonu gerçekleştirilecek ve mevcut enerji dağıtım şebekesine enerji sağlanacaktır.

3.3 Güneş enerjisinin yoğunlaştırılmasında kullanılan teknolojiler

Yoğunlaştırılmış güneş enerjili güç sistemleri, güneşten gelen enerjiyi çeşitli ayna düzenekleri kullanarak yüksek sıcaklıkta ısı enerjisine dönüştürürler. Isı daha sonra bilinen yöntemlerle elektrik enerjisine dönüştürülür. Bu sistemler başlıca iki ana kısımdan oluşur. Birinci kısımda güneş enerjisi toplanır ve ısı enerjisine dönüştürülür. İkinci kısımda ise ısı elektrik enerjisine dönüştürülür. Yoğunlaştırılmış güneş enerjili güç sistemleri hem evsel enerji ihtiyacını karşılayacak şekilde düşük güçler için (10kW), hem de 100MW'a kadar merkezi enerji nakil sistemini besleyecek şekilde büyük güçler için tasarlanır. Geliştirilmiş bazı sistemlerde fazla gelen güneş enerjisi, bulutlu havalar ve geceleyin kullanım için depolanır. Bir çok sistem diğer enerji kaynaklarıyla örneğin doğal gazla birlikte çalışır. Bu birleşik sistemler ‘’hibrit güç sistemleri’’ olarak da bilinir ve yüksek güç verirler.

Bir çok bölgede yoğunlaştırılmış güneş enerjili güç sistemlerinin kurulabilmesi için yeterli güneş enerjisi mevcuttur. Bu sistemler, ‘’fotovoltaik’’ dönüşüm sistemlerinde olduğu gibi yaygın güneş radyasyonundan ziyade direkt güneş ışınımını kullanırlar. Dünyanın bir çok bölgesi yoğunlaştırılmış güneş enerjili sistemlerinin kullanılması için önemli bir uygulama alanıdır. Üç farklı tipte yoğunlaştırılmış güneş enerjili güç sistemi vardır. Bunlar; parabolik tekne, ayna/motor ve güneş kulesi sistemleridir. Bu sınıflandırma güneş enerjisini toplama biçimine göre yapılmıştır.

(a) Parabolik Tekne sistemleri: Güneş enerjisi; tekne şeklinde parabolik eğri yüzeye sahip bir yansıtıcı eleman yardımıyla yoğunlaştırılır. Yansıtıcı yüzey üzerinde parabolik eğri boyunca hareket eden yutucu bir boru mevcuttur. Şekil 3.11’de bu sistem görülmektedir. Güneşten gelerek boru
üzerine yoğunlaştırılan ışınlarla boru içerisindeki çalışma sıvısı ısıtılır. Daha sonra ısı enerjisi yardımıyla üretilen buhar, bir buhar türbini-jeneratör sisteminden geçirilerek elektrik enerjisi üretilir Bu sistemler, gece boyunca ve güneşin olmadığı saatlerde de düzenli bir şekilde elektrik üretebilmesi için ayrıca bir termal enerji depolama sistemlerine de sahiptirler. Genelde parabolik tekne sistemleri hibrit sistemler olup, bulutlu havalarda ve geceleyin sürekli enerji üretimini sağlamak için fosil yakıt kullanan sistemler de devreye girmektedir. Burada fosil yakıt olarak doğal gaz veya kömür kullanılır. Parabolik tekne sistemlerinde yoğunlaştırma oranı 10 dan 100’e kadar çıkabilirken sıcaklık da 400oC 'a kadar çıkabilir.

Bir toplayıcı tarlası, kuzey - güney ekseni üzerine paralel sıralanmış bir çok çanaktan oluşur. Bu düzenek güneş ışınlarının gün boyunca doğudan batıya doğru tek eksenle izlenmesine ve sürekli olarak yutucu boru üzerine odaklanmasına imkan verir. Parabolik teknelerden oluşan bir toplayıcı tarlası sistemi ile ticari olarak toplam kapasitesi 350 MW ’dan daha büyük sistemler oluşturmak mümkündür. Bu tip güneş enerjili elektrik sistemlerinde ısı transfer akışkanı olarak termal yağ kullanılır, Bu ısınmış yağ boru hatları yardımıyla bir seri ısı eşanjörüne gönderilerek 390oC sıcaklığa kadar ısıtılmış buhar elde edilmesini sağlar. Süper ısıtılmış buhar bir türbinden geçirilerek elektrik enerjisi üretilir. Bu elektrik lokal enerji hatlarını besleme için de kullanılır. Bu sistem üzerindeki araştırmalar devam etmektedir. Çalışmalar daha ziyade toplayıcı içinde buharı direkt üretmeye yönelik olmaktadır. Böylece daha düşük üretim maliyetine ulaşılması hedeflenmektedir. Güneş enerjili hibrit sistemler de bir diğer araştırma konusudur. Bu konuda; özellikle İsrail, Almanya ve İspanya ‘da çalışmalar yapılmaktadır [ ]. Bu teknolojiyi ayrıca; evlerde, hapishanelerde, restaurantlarda, okullarda, küçük üretim atölyelerinde, çamaşırhanelerde de kullanmak mümkündür.



Şekil 3.11 Parabolik tekne sistemi

(b) Çanak/motor sistemleri: Çanak motor sistemleri başlıca; yansıtıcı, toplayıcı ve bir motordan oluşan başlı başına bir ünitedir. Güneş enerjisi, çanak biçimli bir yüzey tarafından bir alıcı yüzey üzerine nokta şeklinde yoğunlaştırılır. Alıcı yüzey de bu toplanan enerjiyi ya termal enerjiye dönüştürür ve direkt ısı enerjisi olarak kullanılmasını sağlar ya da bir motor içerisindeki çalışma akışkanına aktarır (Şekil 3.12). Motor ise ısıyı mekanik güce çevirir. Soğukken sıkıştırılmış akışkan, güneş enerjisi yardımıyla ısıtılır ve bir türbin veya silindir piston sisteminde genleşirken iş üretir. Bu mekanik güç bir jeneratör veya bir alternator yardımıyla elektriksel güce dönüştürülür. Çanak-motor sistemleri güneşi iki eksende izlerler. İdeal yoğunlaştırıcı şekli paraboliktir. Üç yada tek bir yansıtıcı yüzeye veya bir çok yansıtıcıdan oluşan bir yüzeye sahiptir. Alıcı yüzey ve motor tipi için başlıca Stiriling motor ve Brayton alıcısı gibi bir çok seçenek vardır. Çanak motor sistemleri bugün ticari olarak üretilmemektedir. Tek bir çanak motor sistemleri ile 25kW kadar güç üretmek mümkündür. Amerika ve Avrupa'da kırsal bölgelerde 7.5-25kW boyutunda uygulamalar yapılmaktadır. Daha fazla
güç için çanak sistemlerini birleştirmek gerekmektedir. Bu tip sistemler doğal gazla birleştirildiğinde hibrit sistemler olarak sürekli güç üretebilecek duruma getirilirler. Çanak-motor sistemleri; yüksek verimli, ayarlanabilir, bağımsız operasyonlu ve hibrit sistemlerle beraber çalışabilen bir sistem olarak karakterize edilir. Diğer güneş enerjili sistemlerden farklı olarak çanak-motor sistemleri yüksek elektrik dönüşüm verimine sahiptir(% 29.4). Bu sistemler kırsal bölgelerin enerji ihtiyacını karşılamak için önemli bir alternatif olma durumundadır.



Yansıtıcı yüzey cam veya plastik olup gelen güneş radyasyonunu bir nokta üzerine yansıtır. Çanak-motor sistemlerinde yansıtıcı yüzeyin boyutu kullanılan makinanın gücü ile belirlenir. Örneğin ortalama 1000 W/m2 'lik bir güneş radyasyonu için 25kW gücünde bir çanak /stirling sistemi kullanılması durumunda yoğunlaştırıcının çapı yaklaşık 10 m olarak seçilir. Yoğunlaştırıcıda alüminyum veya gümüş yansıtıcı bir yüzey kullanılır bunun da üzerinde cam veya plastik tabaka vardır. Düşük fiyatlı yansıtıcı polimer filmler henüz sınırlı bir başarıyla kullanılmaktadır. Çanak yoğunlaştırıcılar küçük bir odak uzaklığına sahiptir. Düşük demir ihtiva eden camlar yansıtmayı artırmaktadır. Kalınlık ve demir içeriğine bağlı olarak gümüşlü güneş aynaları ile yansıtma oranı %90–94 arasında sağlanır. En ideal yoğunlaştırıcı şekli paraboloiddir. Yoğunlaştırma oranı 2000 ve üzeridir. Güneşin iki eksenli izlenmesi iki şekilde olur. Bunlar Azimut-yükseklik izleme ve kutupsal izlemedir. Azimut yükseklik izlemede; çanak, dünya azimutuna paralel olarak döner, diğer hareket ise buna dik olarak gerçekleşir. Bu kollektörde sol-sağ ve yukarı aşağı şekilde bir dönme sağlar. Dönme oranı gün boyunca değişir. Fakat bu kolayca hesaplanır. Büyük çanak motor sistemlerinde çoğunlukla bu yöntem izlenir. Kutupsal izleme yönteminde kollektör; dünyanın kendi dönme eksenine paralel bir eksen etrafında 15o/saat olacak şekilde sabit bir hızla döndürülür. Diğer dönme ekseni ise, sapma ekseni kutupsal eksene diktir. Bu eksen etrafındaki hareket yavaş olup yıl boyunca -+ 23.5o olarak değişir. Küçük boyutlu çanak motor sistemlerimin büyük çoğunluğu bu sistemi uygularlar. Şekil 3.13a'da güneş açıları ve Şekil 13b'de ise izleme sistemleri görülmektedir. Burada Ψ yüzey azimut açısını, θ zenit açısını göstermektedir.




Alıcılar, yoğunlaştırıcı tarafından yansıtılan enerjiyi absorbe ederek makinadaki çalışma sıvısına aktarırlar. Yutucu yüzey, genellikle yoğunlaştırıcının odak noktasının arkasında bulunur. Odağa radyasyon ve konveksiyonla meydana gelen ısı kayıplarını düşürmek için bir menfez yerleştirilir. Stirling motor, yoğunlaştırılmış güneş enerjisini yüksek verimle alır ve bunu yüksek basınçlı bir gaza (helyum veya hidrojen) aktarır. Brayton çevrimli bir sistemde ise akışkan düzenli olup fakat göreceli olarak daha düşük basınçtadır. Çanak-motor sistemlerinde kullanılan motorlar geleneksel sistemlerde olduğu gibi ısıyı mekanik güce çevirirler. Yani çalışma sıvısı soğukken sıkıştırılır, sıkıştırılmış akışkan ısıtılır, Bir türbin veya piston silindir sisteminde genleşirken iş üretilir. Mekanik enerji bir jeneratör yardımıyla elektrik enerjisine dönüşür. Çanak-motor sistemlerinde bir çok termodinamik çevrimi ve çalışma sıvısını kullanmak mümkündür. Bunlar örnek olarak su veya organik çalışma sıvısı kullanan Rankine çevrimini, açık ve kapalı Brayton çevrimini ve Stirling çevrimini verebiliriz. Otto ve dizel motor çevrimleri bu sistemler için uygun değildir. Çanak Stirling sistemlerinde elektriksel güç yaklaşık 25kW, Brayton çevrimlerinde yaklaşık 30kW'dır.

(c) Güneş kulesi: Güneş kulesi sisteminde güneşten gelen direkt ışınlar, geniş bir alana yayılmış yüzlerce hatta binlerce aynalar (bunlar heliostat olarak da bilinir) yardımıyla kule üzerindeki toplayıcı üzerine yoğunlaştırılır. Toplayıcı içerisinden dolaştırılan tuzlu eriyiğin, bu yoğunlaşan enerji
yardımıyla sıcaklığı artırılır. Bu tuzlu eriyiğin ısı enerjisi daha sonra elektrik enerjisi üretmek amacıyla bir geleneksel buhar türbini-jenerator sisteminde kullanılır. Tuzlu eriyik ısıyı verimli bir şekilde tutar. Böylece ısı, saatlerce veya hatta günlerce elektrik enerjisi üretilmeden muhafaza edilir. Şekil 3.14'de bir güneş kulesi sistemi görülmektedir.



Tuzlu eriyik 277oC sıcaklıkta soğuk depolama tankından kule üzerindeki bir toplayıcı içerisine pompalanır. Burada 777oC’a kadar ısınarak bir sıcak tanka gönderilerek depolanır. Güce ihtiyaç duyulduğunda sıcak tuzlu eriyik bir buhar üretme sistemine pompalanarak yüksek sıcaklıkta buhar üretilmesinde kullanılır. Buhar üretecinden çıkan tuzlu eriyik tekrar soğuk tanka gönderilerek depolanır ve yeniden toplayıcı sisteme gönderilir. Bir termal depolama ile birlikte güç kulesi sistemi yıllık %65 kapasite faktörü ile çalışır. Bunun anlamı, yılın %65'inde ilave bir enerji kaynağı kullanmadan çalışabilirler. Enerji depolamadan güneş teknolojilerinin yıllık kapasite faktörleri % 25 civarındadır. Güneş kulesi, bu depolama sistemi ve daha uzun süre çalışabilmesi özellikleri nedeniyle diğer yenilenebilir enerji teknolojilerinden ayrılır.

Bu sistemler; ısı transfer akışkanı, ısı depolama ortamı ve güç dönüşüm sistemine bağlı olarak farklı şekillerde tanımlanırlar. Güneş kulesi sistemlerinde ısı transferi akışkanı olarak su/buhar, eriyik nitrat tuzu, sıvı metaller veya hava kullanılır. Termal enerji depolama, faz değiştiren maddeler veya seramik briketler yardımıyla sağlanır. Genelde Rankin buhar çevrimi uygulanmakla birlikte diğer bir alternatif olarak açık çevrimli Brayton güç dönüşüm sistemi de kullanılabilir. Güç kulesi sistemlerinde yoğunlaştırma oranı 300 ile 1500 arasında değişirken, sıcaklık 550oC’dan 1500oC’a kadar çıkabilir. Maksimum güç 10 MW ve üzeridir

Isı transferi akışkanı olarak genelde iki farklı akışkan kullanılmaktadır. Bunlar su ve erimiş tuzlardır. Su ısı transferi için en eski ve en ucuz çözümdür. Tuz eriyikleri, bulutlu havalarda ve geceleri ısısını uzun süre sakladığı için çok iyi bir enerji depolayıcı malzemedir. Erimiş tuzlar genellikle %60 sodyum nitrat ve %40 potasyum nitrat ihtiva eder. Tuz yaklaşık 700oC’ da erir. 1000oC da ise hala eriyik halindedir. İzolasyonlu bir kapta uzun bir süre tutularak ihtiyaç olduğu anda suyu buharlaştırmak için hazır bekletilir. Bu tip bir enerji depolamanın verimi %99 civarındadır. %1lik kayıp ise izolasyon kayıplarıdır. Günümüzde güneş kulesi sistemlerinde nitrat tuzu ve havanın ısı transfer akışkanı olarak kullanılması konusunda araştırmalar devam etmektedir. Nitrat tuzunun depolama amaçlı kullanılması durumunda, güneşsiz ve bulutlu günlerde ve güneş battıktan sonra da gerekli güç üretilir. Çalışmalarda hedef nitrat tuzlu sistemlerle 100-200MW’lık güçler üretmek olmaktadır. Günümüzde sistemin maliyeti yüksek olduğu için az sayıda güneş kulesi vardır. Bu sistemlerin kurulabilmesi için bölgenin uzun süre ve çok yoğun güneş ışınımı alması gerekir. Tablo 3.2'de dünyada kurulu güneş kulesi sistemleri karşılaştırmalı olarak verilmiştir.



İlk güneş kulesi sisteminde; buhar türbini sisteminde kullanılan buhar direkt olarak üretilmiştir. ‘’Solar One’’ sistemi 1982 yılından 1998 yılına kadar dünyanın çalışan en büyük güneş kulesi sistemi olup, toplayıcı içerisindeki su buhara dönüştürülerek Rankin çevrimli bir buhar türbini sisteminde kullanılmıştır. Burada her birinin yansıtıcı yüzey alanı 39.3 m2 olan 1818 adet heliostat adı verilen güneşi izleyen aynalar kullanılmıştır. Gelecekte, güney batı Amerika’da 30-100 MW arasında bir güneş kulesinin planlanması düşünülmektedir. Dünyada Hindistan, Mısır ve Güney Afrika güneş kulesi sistemlerinin kurulması için aday ülkeler durumundadır. Teknolojik olarak 400 MW güce kadar güneş kulesi sistemi yapmak mümkündür. Çevre kirliliği yaratmayan enerji kaynakları gün geçtikçe daha fazla önemli olurken, tuz eriyikli güneş kulesi sistemlerinin maliyetli hala yüksek olmaktadır. Buna rağmen, enerji depolamalı güneş kulesi sistemlerinde yıllık kapasite faktörü %65 ‘e kadar çıkabilmektedir. Bu teknolojinin kullanılmasındaki önemli bir sorun da büyük bir yüzey alanına ve çok miktarda suya ihtiyaç duyulmasıdır. Çöllerde yeterli güneş enerjisi ve alan olmasına karşılık buralarda su temini zordur. Güneş kulesinde gerekli yüzey alanı hidrolik sistemlerle karşılaştırıldığında daha azdır. Şekil 3.15'de bir güneş kuleli hibrit sistem görülmektedir. Burada hem buhar hem de gaz türbini mevcut olup gaz türbininde sadece fosil yakıt kullanılmaktadır. Buhar türbininden güç üretiminde ise hem güneş enerjisi hem de fosil yakıt kullanılmaktadır.



Şekil 3.16'de farklı kapasite faktörlerinde tasarlanmış iki güneş kulesi sistemi görülmektedie. Kapasite faktörünü verilen bir türbin boyutunda artırmak için şu yollar izlenir. a)heliostat sayısını artırmak, b)termal depolama tankını büyütmek, c) kuleyi yükseltmek, d)alıcı boyutlarını büyütmek. Böylelikle kapasite aktörünü %25'den %65'e çıkarmak mümkün olacaktır.



Yoğunlaştırılmış güneş gücü teknolojileri, büyük ölçekli güç sistemlerinde (10 MW ve üzerinde) oldukça ekonomik olup kurulu gücün maliyeti bugünkü teknoloji ile 2-3$/Watt 'dır. Yani 10MW'lık bir sistemin maliyeti 3 milyon USD olup burada üretilen elektriğin maliyeti ise 9-12cent/kWh'dir. Doğal gazlı kombine bir yoğunlaştırılmış güç sistemlerinde bu değer 8 centin altına düşmektedir. Teknolojideki gelişmeler ve düşük fiyatlı termal depolama sistemlerinin kullanılması ile yoğunlaştırılmış güneş enerjili sistemler günün daha fazla saatinde çalışma imkanı sağlayacaktır. Böylece elektriğin kWh 'ini 4-5 cent civarına düşürmek mümkün olacaktır.

Güneş enerjisinin fotoelektrik dönüşümünde kullanılan fotovoltaik piller, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren düzeneklerdir. Fazla elektron bulunan n-tipi yarı iletken ile fazla boşluk bulunan p-tipi yarı iletken yan yana geldiği zaman tek bir kristal meydana getirmesi ve fazla elektronların boşluklara atlamasıyla doğru akım meydana gelir. Güneş pillerinin verimleri; tasarım, madde yapısı ve imalat şartlarına bağlı olarak % 6 – 35 arasında değişir. Şekil 3.17'da bir fotovoltaik pilinin yapısı görülmektedir.



Güneş pillerinin 35 yıllık gelişiminde, özel ve kamu destekli araştırma ve geliştirme çalışmaları esas olmuştur. Güneş pili fiyatlarındaki düşüş ve elektrik üretiminde temiz bir enerji kaynağı olmasından dolayı kullanımında son yıllarda önemli bir artış görülmektedir. Güneş pilleri pahalı olmalarına karşın en önemli üstünlükleri; hiç bir hareketli parçaya sahip olmamaları, sorunsuz olarak az bakımla 25- 30 yıl kullanılabilmeleri ve çalışma süreleri boyunca doğaya hiç bir kirletici atık bırakmamalarıdır.

Güneş pillerini oluşturan hücreler; ışığı emen, elektronları uyaran ve böylece akım taşımak için boşluklar oluşturan iki veya daha fazla özel hazırlanmış yarı iletken madde katmanı içerir. İki ayrı özelliğe sahip yarı iletken maddenin temas yüzeyi, elektronların bir devrede dolaşmasını sağlayacak bir gerilim oluşturur. Bu gerilimi kullanmanın bir yolu cihazda iki veya daha fazla ince yarı iletken madde katmanı kullanmaktır. Bu hücrelerin alanı bir kaç cm2 den 3-4 m2 ye kadar değişmekte ve silikon, galyum arsenit, şekilsiz silikon, bakır indiyum diselenit, kadmiyum tellürit ve bir çok farklı yarı iletken maddeden yapılmaktadır. Birçok hücreyi bir molekülde bağlamak daha yüksek bir güç çıkışı sağlar ve hücreler için koruyucu kaplama oluşturur.

Fotovoltaik piller, modüller halinde olduğundan ihtiyaca göre boyutlandırılabilir. Yeni sistemlerin tasarımı, kuruluşu ve çalıştırılması veya var olan sistemlere ek yapılmasında geçen süre diğer konvansiyel güç üretim tekniklerinde gereken sürenin küçük bir kısmıdır. Ayrıca bu sistemlerin basitliği, düşük çalışma ve bakım maliyeti sağlar. Fotovoltaik jeneratörleri çevirme işleminde, hiç bir hareketli parçası olmadığından dolayı bakım, tamir ve yedek parça maliyeti daha düşüktür. Çalışma maliyeti sıfırdır çünkü yakıt masrafının olmaması birim kWh başına enerji maliyetini düşürmektedir. Tipik bir sistemin kullanım süresi yaklaşık 20 yıldır. Güneş pili sistemlerinin maliyeti, temel olarak iki kısımda incelenebilir. İlki güneş pili modüllerinin maliyeti, ikincisi invertörler, elektronik denetim aygıtları, depolama, kablolama, arazi, altyapı hazırlama gibi sistem destek elemanlarının maliyetidir. Genelde güneş pillerinin maliyeti toplam sistem maliyetinin yarısını oluşturmaktadır. Ancak maliyet hesabında çevre etkileri dikkate alınmamaktadır. Yıllık güneş pili piyasasının 500 milyon dolar civarında ve güneş pili üretim kapasitesinin yıllık 50-100 MW olduğu sanılmaktadır.


3.4.1 Fotovoltaik pillerin uygulama alanları

Fotovoltaik pillerin uygulama alanları; kırsal bölgelerin elektrifikasyonu, zirai uygulamalar (süt, gıda korunması), haberleşme cihazları, uyarı ve sinyalizasyon sistemleri, meteoroloji aletleri, park ve otoyolların aydınlatması, su pompalanması ve küçük tip el aletleridir.

Fotovoltaik pillerle sulama sisteminin başlıca bileşenleri, pompa, pompayı çalıştıran elektrik motoru ile motora elektrik enerjisi temin eden fotovoltaik elemanların oluşturduğu fotovoltaik jeneratördür. Bu sistem, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürür. Tüm güneş enerjisi sistemlerinde olduğu gibi sistemin en önemli parçası enerji deposudur. Güneş enerjisinin kesikli olması ve genelde tüketim talebine paralel gelişmemesi nedeniyle sistemde bir enerji deposuna ihtiyaç duyulmaktadır. Fotovoltaik sulama sisteminde en basit depolama alternatifi, gerekli potansiyel enerjiyi sağlayacak yüksekliğe yapılmış su deposudur. Ancak sistemde akümülatör kullanılarak elektrik enerjisi depolanması halinde gerekli jeneratör gücü azalacağından, daha ekonomik bir sulama elde edilebileceği belirtilmektedir. Pompa, su deposu ve borularının hesaplanarak yerleştirilmesi bilinen sulama tekniklerine uygun olarak yapılır. Fotovoltaik sulama sistemlerinde önemli olan fotovoltaik panelin yerleştirilmesidir. Panelin gün boyunca gölge altında kalmamasına dikkat edilerek ön yüzü güneye dik olarak yerleştirilir. Aynı zamanda panelin yatayla yaptığı açı maksimum güneş ışınımını alması yönünden önemlidir. Panelin eğimi, eğer sistem tüm yıl kullanılıyorsa enleme eşit, yaz aylarında kullanılıyorsa enlem- 15°, kış aylarında kullanılıyorsa enlem + 15° alınır.

Fotovoltaik pillerin diğer bir uygulama alanı ise güneş elektrik santralleridir. Fotovoltaik santraller 1982 yılında Kalifornia’da 1MW’lik Edison Lugo santralini Los Angeles ile San Francisco arasında kurulan 6.5 MW’lık Carisa Plains santrali izledi. Amerika dışında başka ülkelerde de bu tip santraller bulunmasına karşılık toplam kurulu güçleri güneş termik santrallerinin % 10’unu aşmamaktadır. Fotovoltaik üreteçler merkezi santrallerden çok oto prodüktörler için uygun olup birim kurulu güç maliyetinin termik tiplerden 3.7 – 5.2 kat daha yüksektir.

Avrupa'nın güneş pili üretimi 1992 yılında yaklaşık 17 MW değerine ulaşmıştır. Bu rakam toplam dünya üretiminin üçte biri olmuştur. Bu üretimin % 75'i gelişmekte olan ülkelere ihraç edilmiştir. En fazla üretim kapasitesi Almanya, İtalya, İsviçre ve İspanya'dadır. PV teknolojisi temiz teknoloji olduğundan, karbondioksit vergisi ve emisyon yönünden gelecek yıllarda fosil yakıtlara göre daha cazip duruma gelecektir.

İngiltere'de Ford firması, fabrika çatısına yerleştirdiği toplam 100 kW gücündeki güneş pilleri ile yılda 110 000 kW saat enerji üretmektedir. Fabrika çatısının % 8’ini kaplayan pillerin 30 yıl boyunca kullanılması durumunda fabrikanın karbondioksit salınımı 3000 ton azalacağı hesaplanmıştır. Avrupa'daki bu tür fabrika yapıları içinde en büyük uygulamalardan biri olan bu sistemin maliyeti 1.5 milyon İngiliz lirasıdır. Proje, BP-Solar firmasınca yürütülmüş ve güneş panelleri, bu firmanın Madrid’deki tesislerinde üretilmiştir.

Dünyanın en geniş alanlı güneş pili çatısı, yılda 1.000.0000 kWh 'lik elektrik enerjisi üretecek şekilde Almanya'da kurulmuştur. Toplam 7916 m2 'lik alanı kaplayan 7812 güneş modülünden oluşan sistemin maliyeti 14 milyon Alman markıdır. Ayrıca evlerin çatılarına konulan güneş pilleri, ürettikleri elektriğin üçte birini kendileri için kullanmakta geri kalanını ise enterkonnekte sisteme vererek ulusal elektrik enerjisi üretimine katkıda bulunmaktadırlar

Rüzgar enerjisi

4.1 Giriş

Rüzgar enerjisinin kaynağı güneştir. Güneş enerjisinin karaları, denizleri ve atmosferi her yerde özdeş ısıtmamasından dolayı oluşan sıcaklık ve buna bağlı basınç farkları rüzgarı yaratmaktadır. Rüzgar, yüksek basınç alanından alçak basınç alanına yer değiştiren havanın dünya yüzeyine göre bağıl hareketidir. Dünyaya ulaşan güneş enerjisinin çok küçük bir kısmı rüzgar enerjisine çevrilebilmektedir. Bu enerji yerel coğrafi farklılık ve homojen olmayan ısınmaya bağlı olarak zamansal ve yöresel değişiklikler gösterir. Rüzgar enerjisinde; rüzgarın hızı, yönü ve esme saat sayısı gibi özellikleri değerlendirilir. Rüzgarın hızı yükseklikle, gücü ise hızının küpü ile orantılı biçimde artar. Rüzgarın yönü, günlük hava şartlarına ve iklim özelliklerine bağlı olarak değişmektedir. Meteorolojik ve topografik açıdan rüzgarın olabileceği yerler aşağıda sıralanmıştır:


-Basınç gradyanının yüksek olduğu yerler

-Yağışların sürekli esen rüzgara paralel olduğu vadiler

-Yüksek, engebesiz tepe ve platolar

-Yüksek basınç gradyanlı düzlükler ve sürekli rüzgar alan az eğimli vadiler

-Güçlü jeostrofik rüzgar alanlarının etkisinde kalan tepe ve zirveler

-Jeostrofik rüzgar ve termal gradyan alanına sahip kıyı şeritleri

Topografya rüzgarın yönü, hızı ve dağılımında önemli bir rol oynar. Dağ silsileleri, tepe ve kayalıklar, rüzgar profillerini büyük ölçüde etkiler. Dağ silsileleri eğer denize paralel, hakim rüzgar yönüne dik, orta eğimli (10-22o) ve özellikle çıplak ise enerji üretimine uygun yerlerdir. Zirvede rüzgar hızı, eğim ve dağ grubunun büyüklüğüne bağlı olarak artar. Bu nedenle, tepenin üst ön kısmı tesis için uygundur. Fakat tepenin üst arka kısmı türbülans nedeniyle göz önüne alınmaz [EİEİGM, 1992]

Rüzgar enerjisinden elektrik üretimi, seçilecek bölgenin meteorolojik özelliklerine ve en önemlisi de kullanılacak türbinin tasarımına bağlıdır. Seçilen bölgeden ekonomik olarak enerji üretebilmek için rüzgar hızı ve yön ölçümleri, topoğrafik yapı ve arazi pürüzlülüğü çok iyi belirlenmelidir. Rüzgar türbinlerinin kurulması tasarlanan bölgede türbin tarafından üretilebilecek elektrik enerjisinin hesaplanabilmesi için, meteorolojik ve bölge verilerinin çok iyi analiz edilmesi gerekir. En yaygın olarak kullanılan hesaplama yöntemi Danimarka’da RISO Laboratuarlarında geliştirilmiş bulunan ''Rüzgar Atlası Analiz ve Uygulama Programı (WASP)'' 'dır. Rüzgar çiftliği kurulmadan önce seçilen araziye en az 10 m veya mümkünse 30 m yüksekliğinde bir çubuk üzerine anemometre yerleştirerek 6 ay süre ile ölçüm yapılmalıdır. Eğer seçilen alanda yükseklik farkları varsa birden fazla anemometre dikilmesi daha yararlı sonuçlar verecektir. Arazi seçiminden sonra kapasiteyi belirleyen en önemli unsur üretilen elektriğin nereye verileceğidir. Ulusal dağıtım sistemine verilecekse araziye en yakın iletim hattı belirlenerek gerekli düzenlemeler yapılmalıdır. Bölge seçimini kısıtlayan bir faktör de rüzgar çiftliği için (bir çok rüzgar türbininin bir arada bulunduğu yerler) geniş arazi gerektirmesidir. Bu santral alanlarında türbinlerin birbirlerine çok yakın yerleştirilmesi birbirlerinin rüzgarlarını keseceği için uygun değildir. Santral alanının efektif olarak kullanıldığı alan %1’i geçmez ve geri kalan arazi tarım ve hayvancılık amacıyla kullanılabilir. Rüzgar santralleri için ileri sürülen gürültü kirliliği de çok yüksek düzeyde değildir. Rüzgar santralı içinde türbinlerin bulunduğu ortamın gürültü seviyesi 80 dB ’dir. Bu değer trafiğin yoğun olduğu bölgelerdeki gürültü düzeyine eşittir. Bundan dolayı rüzgar santralleri ile yerleşim birimleri arasındaki mesafe 500m'den az olmayacak şekilde dizayn edilir.

4.2 Rüzgar türbinlerinin sınıflandırılması

Tarih boyunca çeşitli evrimler geçiren rüzgar makinalarında kullanılan türbinler farklı tiplerdedir:

a) Yatay eksenliler: Dönme ekseni rüzgarın akım çizgilerine paralel olan türbinlerdir (Şekil 4.1a).

b) Dikey eksenliler: Dönme ekseni rüzgarın akım çizgilerine dik olan türbinlerdir. Bunların başlıcaları Darrieus ve Savonius tipinde olanlardır (Şekil 4.1b). Bunlardan birincisi ilk hız alamaması ikincisi ise
veriminin düşük olması en olumsuz yanlarıdır. Nispeten daha pratik olan yatay eksenli türbinlerden çok kanatlılar düşük devirlerde tek ve birkaç kanatlılar ise yüksek devirlerde çalıştırılmaktadır. c) Yoğunlaştıran yapıdakiler (Şekil 4.1c).



Bir rüzgar türbin-jeneratör sistemi kurmadan önce seçilen yörenin rüzgar enerjisi potansiyelinin ve buna ait teorik hesapların yapılması gerekmektedir. Sağlıklı bir hesaplama için; rüzgar hızı ölçümleri, türbin kanat çapı, kanat sayısı, türbinin yerden yüksekliği, kanat ucu hız oranı, ve katılık oranı gibi parametrelerin bilinmesi gerekmektedir. Rotorsuz durumda rüzgarın akış yönüne dik herhangi bir A alanı içinden birim zamanda taşınan güç şu şekilde verilir:



Burada ρ havanın yoğunluğunu, A kanat alanını ve Vo ise rüzgar hızını göstermektedir. Bu gücün tamamı rüzgar türbini tarafından faydalı güce dönüştürülemez. Faydalı rüzgar gücü PT şu şekilde hesaplanmaktadır:



Burada CP, güç faktörü veya verim olup maksimum değeri %59.3 dür. Bu değere Lanchester Betz limiti denir. Bu limit değer, rüzgar enerjisi elektrik santrallerinin en fazla %59.3 verime sahip olacaklarını göstermektedir. Şekil 4.2'de farklı rüzgar türbinleri için kanat uç hız oranı olan λ ' nın (λ = wR/Vo) Cp 'ye göre değişimi verilmiştir.



4.3 Rüzgar enerjisinden faydalanma yolları

Rüzgar enerjisinden genel olarak mekanik enerji üretimi ve elektrik enerjisi üretimi şeklinde yararlanılmaktadır. Rüzgar enerjisinin şaft gücünden faydalanılarak elde edilen mekanik enerji, su pompalama, tahıl öğütme, kesme, sıkıştırma ve yağ çıkarma alanlarında kullanılmaktadır. Rüzgar enerjili pompalama sistemlerinin elektrik veya dizelli pompalara göre bir çok avantajları vardır. Rüzgar enerjisi doğada bol miktarda bulunan bedava bir enerji kaynağıdır. Karmaşık bir yapıya sahip olmadıkları için bakım ve onarım masrafları da yok denecek kadar azdır. Rüzgar enerjili su pompalama sistemlerinde hem düşük hem de yüksek hızlı türbinler kullanılabilir. Çok kanatlı rüzgar türbinleri düşük hızda çalışırlar. Şekil 4.3'de düşük hızlı bir su pompalama sistemi görülmektedir. Bu sistemde genellikle tek hareketli pompa kullanılır. Rüzgar türbini milinden hareket alan bir krank sistemiyle pistonun aşağı yukarı hareketiyle su pompalama işlemi gerçekleşir.



Şekil 4.4'de ise yüksek hızlı bir sistem görülmektedir. Başlangıç momentinin düşük olması nedeniyle bu sistemlerde direkt olarak pistonlu pompa kullanılmaz. Yüksek dönme hızına sahip oldukları için ya santrifuj ya da helisel pompa kullanılır.



Gerekli su, arzu edilen zamanda ve yeterli miktarda temin edilemediği takdirde, su depolama tesislerinin yapılması gerekmektedir. Fazla suyun araziden uzaklaştırılması için kurulan rüzgar türbinleri de aynı sisteme dayanmaktadır. Rüzgar enerjisinin değirmenlerde kullanılması da pompalama ve depolama yoluyla olmaktadır.

Rüzgar enerjisinden faydalanarak üretilen elektrik özellikle; enterkonnekte sistemin ulaşamadığı uzak yerleşim merkezlerinde, kırsal alanlarda, ormanlık ve dağlık bölgelerde, adalarda, deniz fenerlerinde, çiftliklerde, yangın kulelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Günümüzde büyük güçlü rüzgar santralleri, elektrik şebekesine bağlı ve birden fazla türbin içeren rüzgar çiftlikleri biçimindedir. Rüzgar santrallinin ana yapı elemanı rüzgar türbinidir. Bir rüzgar türbini, çevredeki engellerin rüzgarı kesemeyeceği yükseklikte bir kule ve bunun üzerine yerleştirilmiş bir gövde ve rotordan oluşmaktadır. Kulenin yüksek olması, ayrıca yeryüzüne yakın rüzgar profilinin yüksek hızdaki kısmını kullanmaya da yarar. Rüzgarın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Rotor milinin devir hareketi hızlandırılarak, gövdedeki jeneratöre aktarılır. Elektrik üretim amaçlı modern rüzgar türbinlerinin çoğunluğu yatay eksenli olup rotor kanat sayıları bir ile üç arasında değişmektedir. Rotor çapları 1–75 m arasındadır. Rüzgar doğrultusuna yönlenmeyi bir rüzgar gülünün kumanda ettiği bir servo mekanizma sağlar. Aerojeneratörlerin gücü 100 W ile birkaç MW arasında değişir. Danimarka başta olmak üzere Japonya, İspanya ve Amerika markalı türbinler 300, 450, 500, 600, 650, 750 kW güçlerinde sıkça kullanılmaktadır. Yüksek rüzgar gücüne sahip vadilerde 1 MW ile 1.5 MW gücünde türbinler kullanılmaktadır. Normal arazi şartlarında ise hem üretim hem de fiyat açısından 600 kW’lik türbinler tercih edilmektedir. Şekil 4.5'de rüzgar enerjisi dönüşüm sistemi görülmektedir.



4.4 Dünyada ve Türkiye'de rüzgar enerjisi çalışmaları

Rüzgar enerjisinden elektrik elde edilmesinin yaygınlaşmaya başlamasının başlıca nedeni; dönüşüm sistemlerinin ve elektrik enerjisi üretim maliyetlerinin yeni fosil-yakıtlı güç santralleriyle rekabet edebilecek düzeye inmiş olmasıdır. Rüzgar enerjisi sistemlerinin geliştirilmesi üzerindeki araştırmalar; türbin sistemlerinin aerodinamik ve mekanik performanslarının artırılması, dayanıklılıklarının ve yorulma ömürlerinin geliştirilmesi, rüzgar alanlarının modellenmesi ve simule edilmesi ve ayrıca açık denizde kurulması düşünülen türbinler üzerinde yoğunlaşmıştır. Danimarka’nın ilk deniz rüzgar çiftliği uygulaması kıyıdan6 km açıkta kurulmuştur. Her biri 500 kW’dan oluşan bu çiftliğin toplam gücü 5 MW olup yaklaşık 4000 evin elektrik gereksinimini karşılayacak düzeydedir. Bu çiftlikten elde edilen elektrikle 6000 ton kömürün yakılması ve 12.500 ton CO2 'in salımı önlenmektedir.

Kurulan rüzgar türbini bir yıldan kısa sürede kendi imalatı için harcanan paranın karşılığı olan enerjiyi üretmektedir. Türbinlerin ömrü ortalama 20 yıl olarak tahmin edilmektedir. Kalan 19 yıllık süre net üretim zamanıdır. Ayrıca rüzgar çiftliği kurulduktan sonra yapılan işletme ve bakım harcamaları son derece düşüktür. Tablo 4.1’de ekonomiklik açıdan rüzgar enerjisi ve diğer enerji üretim sistemleri karşılaştırılmıştır. Gelişen teknolojiye ve gerçekçi fizibilite çalışmalarına bağlı olarak rüzgardan elde edilen enerjinin maliyeti sürekli düşmektedir. 1980 yılında rüzgardan elde edilen 1 kWh enerjinin maliyeti 30 cent’ken 1991’de bu değer 6 cent’e düşmüştür.



Dünya 1998 yılı sonu itibariyle 9839 MW kurulu rüzgar gücüne ulaşmıştır. Dünyanın en büyük kurulu gücü 6469 MW ile Avrupa’da yer almaktadır. Tablo 4.2‘de ülkelerin kurulu rüzgar gücü ve tesis edilen kapasite değerleri verilmiştir. Almanya 794 MW artış ile 1998 yılında önde gelmektedir. Bu artış ile ülkenin toplam rüzgar gücü 2875 MW’a çıkmıştır. Rüzgar santrallerin elektrik üretimi ülkenin en büyük iki kömür santralının üretimine eşittir. 1981’de kilovat başına 2600 dolar olan rüzgar gücü maliyetleri daha büyük türbinler, daha etkin imalat ve montaj sayesinde 1998 yılında kilovat başına 800 dolara düşmüştür.

Türkiye'nin rüzgar enerjisi potansiyeli yeterli ölçümler yapılmadığından dolayı kesin olarak bilinmemektedir. Türkiye'nin toplam rüzgar enerji teknik potansiyeli sadece kara kısmı için 40.000 ile 80.000 MW düzeyinde olduğu tahmin edilmektedir [ ]. Yerleşim alanları dışında 10 m yükseklikte rüzgar hızı yıllık ortalaması Ege Bölgesi ve diğer kıyı alanlarımızda 4.5-5.6 m/sn, iç kesimlerde ise 3.4-4.6 m/sn arasındadır. Antakya, Bandırma, Bergama, Bodrum, Bozcaada, Çanakkale, Çeşme, Çorlu, Gökçeada, İnebolu, Mardin ve Sinop rüzgar enerjisince zengin yörelerimizdir. İzmir Çeşmede 55 kW gücünde rüzgar jeneratörü bir turistik tesisde kullanılmaktadır. 1998 yılında Alaçatı' nın Germiyen Köyünde üç rüzgar türbininden oluşan 1.7 MW kapasiteli özel sektöre ait bir rüzgar santralı kurulmuştur. Tesis edilen 7.2 MW kapasiteli Alaçatı Rüzgar Güç santrali 1998 yılında üretime başlamıştır. Halen Türkiye’de çeşitli özel sektör yatırımcılarınca geliştirilen ve yakın gelecekte gerçekleşebilecek rüzgar güç santral kapasitesi 700 MW’a ulaşmıştır.