Rüzgâr türbinlerinde kullanılan kanatlar rüzgârın etkisiyle hareket ederek jeneratörün milini döndürürken, milin hareketi sayesinde jeneratör mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Kanatların tasarımı rüzgâr türbinlerinin enerji verimliliğini önemli ölçüde etkiler. Rüzgâr türbinlerinde enerji verimliliğinin yanı sıra dayanıklılık, maliyet ve gürültü seviyesinin düşük olması da hayli önemlidir.
Günümüzde kullanılan rüzgâr türbinlerinin kanatlarının şekli uçaklarınkine hayli benzer. Yani kanadın bir tarafı düzken, diğer tarafı dışa doğru kavislidir. Rüzgârın hareketi sırasında havadaki moleküller kanadın kavisli tarafında -daha uzun mesafe kaydetmeleri gerektiğinden- daha hızlı hareket eder. Bu nedenle kanadın kavisli tarafındaki basınç düz tarafındakinden daha düşüktür. Bu, basıncın yüksek olduğu taraftan düşük olduğu tarafa doğru bir kuvvetin ortaya çıkmasına neden olur. Bu kuvvet de kanatları döndürür.
Günümüzde kullanılan rüzgâr türbinlerinde çoğunlukla üç kanat bulunur. Geçmişte ise farklı sayılarda kanadı olan rüzgâr türbinleri kullanılmıştı. Kanat sayısının fazla olması ortaya çıkan torkun artmasına neden olur. Ancak kanat sayısının fazla olması durumunda ağırlıktaki ve sürtünmedeki artış nedeniyle kanatların dönüş hızı azalır. Bu da rüzgâr türbinlerinin enerji verimini düşürür.
Tek kanatlı rüzgâr türbinlerinin en verimli türbin tasarımı olduğu düşünülebilir. Ancak tek kanatlı rüzgâr türbinlerinde kanatların dönüş hızının artması nedeniyle denge ve gürültü problemleri ortaya çıkabilir.
Rüzgâr türbinlerindeki kanatların genellikle çift yerine tek sayıda olması tercih edilir. Çift sayıda kanadı olan rüzgâr türbinlerinde dönüş esnasında kanatlardan biri en tepe noktadayken, biri en alt konumda -türbini ayakta tutan kuleyle aynı hizada- bulunur. Bu durumda rüzgâr tepedeki kanada alttaki kanada uyguladığından daha fazla güç uygular. Çünkü kulenin ayağı havanın alttaki kanat etrafındaki hareketini etkiler. Bu durum kanatların dikey konumda ileri-geri hareket etmesine, dolayısıyla türbinde denge ve dayanıklılık problemlerinin ortaya çıkmasına neden olur.
Tek sayıda kanadı olan rüzgâr türbinlerinin mekanik özellikleri ise dönen bir çarkta olduğu gibi dengelidir. Dolayısıyla üç kanatlı rüzgâr türbinleri enerji verimliliği, dayanıklılık ve denge yönünden avantajlıdır.
Kaynak: Bilim ve Teknik Dergisi, Şubat 2016 Sayısı
Yorumlar