Temiz enerji için ülkemizde çıkan yeni mevzuat ile 25-40 metre yüksekliğinde olan ve pervane çapı 15-20 metre arasında değişen rüzgâr türbinleri kırsalda hızla yaygınlaşıyor. Ancak temiz rüzgâr enerjisi sanıldığı kadar çevre dostu değil. Kuşlar pervane kanatlarına çarparak ölüyor.
İspanya merkezli Vortex firması bu problemi aşmak için pervanesiz rüzgar direkleri geliştirdi. Bunlar toprağa saplanmış olan dev birer beysbol sopasına benziyor. Klasik rüzgar türbinleri gibi bu direkler de rüzgâr enerjisini elektriğe dönüştürüyor.
Nasıl mı? Pervane yerine rüzgarın yol açtığı türbülansla: Normalde türbülans gökdelenlerin ve elektrik direklerinin düşmanıdır. Güçlü rüzgârlar yapıların salıncak gibi oraya buraya sallanmasına ve nihayet yıkılmasına yol açar. Oysa Vortex pervanesiz türbinler türbülansla elektrik üretiyor.
İçi boş borulardan oluşan bu direklerin üst kısmının sapla birleştiği yerde eş kutuplu iki mıknatıs bulunuyor. Bildiğiniz gibi eş manyetik kutuplar birbirini itiyor. Vortex tam bu noktada kurnazlık yapıyor. Rüzgar direklerinin aerodinamik şeklini öyle bir tasarlamışlar ki hava akımları direk boyunca kontrollü türbülansa yol açıyor.
Direkler rüzgarda sarkaç gibi sallanırken mekanik salınım frekansı üretiyor. Bu sırada direğin içindeki eş kutuplu mıknatıslar da birbirini iterek salınım frekansını bir anfi gibi güçlendiriyor. Mekanik titreşimler direğin altındaki şarj dinamosuna aktarılıyor ve bu dalgalı akım jeneratörü titreşimleri elektriğe çeviriyor.
Pervane yok, masraf az, kuşlar hayatta
Evet, Vortex Bladeless firması yeni pervanesiz rüzgar direklerinin avantajlarını kısaca böyle sıralıyor. Pervanesiz direklerde pahalı rotor jeneratör kullanmaya gerek kalmıyor. Bunlar klasik rüzgar enerjisi sistemlerinde direklerin tepesine takılan ağır türbinler.
Tabii bu ağır türbinleri taşımak için toprağa kalın direkler dikmek gerekiyor. Motor, direk ve türbin kaportası derken maliyetler artıyor. Oysa rüzgar enerjisinin termik santrallerle rekabet etmesi için çok ucuz olması gerekiyor.
Ayrıca standart modellerde çapı 20 metreyi aşan pervaneler, kalın direkler ve büyük türbinler kuşların direklere çarparak ölmesine yol açıyor. Benjamin Sovacool’un 2013 araştırmasına göre sadece ABD’de rüzgür türbinleri yılda 880 bin yarasa ve 573 bin kuşun ölümüne yol açıyor1. Bu talihsiz kazalar pervanenin bakım-onarım maliyetlerini de artırıyor.
Rüzgar enerjisi değil, türbülans
Yeni pervanesiz direklerin gözden kaçan bir avantajı daha var: Rüzgarın yol açtığı türbülansı (girdaplı lokal hava akımları) iki mıknatısın güçlendirdiği mekanik titreşimler vasıtasıyla küçük bir şarj dinamosuna aktarıyor.
Burada anahtar kelime ”küçük” terimi; yani bu dinamo direğin içine sığacak veya direğin dibinde kolayca toprağa gömülecek kadar küçük. Küçük dinamoyu üretmek ve monte etmek de ucuz. Bu da rüzgar enerjisi maliyetini azaltıyor.
Vortex Bladeless şirketinin kurucuları David Suriol, David Yáñez ile Raul Ingeniero (dehası soyadından belli değil mi? 🙂 ) 2010 yılında işte bu fırsatın üstüne atladılar ve türbülansla çalışan ilk rüzgar direklerini geliştirdiler. Suriol iş mantığını basitçe açıklıyor: “Türbülanstan kaçacağımıza ondan faydalanalım dedik”.
Oyunun kuralları değişiyor
İşin sırrı kontrollü türbülans yaratmakta, yoksa kontrolsüz titreşimler sadece direğin yıkılmasına veya ucunun kırılıp yere düşmesine yol açacaktır.
Şirket bu sorunu çözmek için direk imalatında fiberglas (cam elyafı) ve karbon fiberden oluşan kompozit malzeme kullanmış. Günümüzde modern yatlar ve tekneler de fiberden üretiliyor.
Çelik yerine neden fiber kullandıklarına gelince: Bir kere fiber hafif ve rüzgarda kolay sallanıyor (teknik adıyla kolay salınıyor), ikincisi esnek ve bu yüzden türbülansa oldukça dayanıklı. Ayrıca türbülans titreşimlerini (rüzgarın kinetik enerjisini) hemen hiç kayıp olmadan şarj dinamosuna aktarıyor.
Direğin tabanında ise birbirine aynı kutbu bakan iki halka şekilli mıknatıs bulunuyor. Bunlar Japonya’nın deneysel hızlı treni gibi manyetik kaldıraç (maglev) etkisi yaratıyor, yani ikisi birbirini iterken üstteki mıknatıs halkasının havada yüzmesini sağlıyor.
Böylece halka mıknatıslar direğin titreşimlerini güçlendirerek dinamoya aktarıyor. Üstelik birbirine sürtünmedikleri için aşırı ısınmaya, enerji kaybına ve ek titreşim sebebiyle direğin yıpranmasına yol açmıyor. Direğin altındaki alternatif akım jeneratörü de titreşimleri en verimli şekilde elektriğe dönüştürüyor.
Hiç mi kusuru yok?
Kusursuz tasarım kainatta mümkün değil: Pervane kullanmayan ve küçük bir rotorla çalışan Vortex direkler de pervaneli rüzgar türbinlerinden daha az elektrik üretiyor.
Örneğin 4 katlı bina boyundaki 12 metrelik bir Vortex direği saatte 40 km hızla esen rüzgarda, rüzgar enerjisinin yüzde 40’ını elektriğe çevirecektir. Geleneksel pervaneli rüzgar türbinleri ise yüzde 30 daha fazla elektrik üretiyor.
Ancak bu direkler geleneksel rüzgar türbinlerinin yarı fiyatına mal oluyor ve pervanesiz olduğu için arazide az yer kaplıyor (arsa fiyatlarından tasarruf da var).
Peki, fabrikanız için daha fazla elektrik üretmek mi istiyorsunuz? Öyleyse tek bir direk yerine yan yana iki direk dikin ve bir rüzgar türbini fiyatına yüzde 40 daha fazla elektrik üretin.
Evet, çok sayıda direk kuşların çarpma şansını biraz yükseltecek, ama 20 pervanelik bir rüzgar çiftliğinde bile fazla yer kaplamayan Vortex pervanesiz direkler kuş ölümlerini azaltacak.
Bu şirket gelecek vaat ediyor!
Vortex Bladeless şirketi hükümetten teşvik alarak 1 milyon dolar sermaye ile kuruldu ve e-ticaret kapsamında da günde 200 potansiyel müşteriden mail almaya başladı. Hatta ilk ticari modelin 2015 yılı sonunda gelişmekte olan ülkelerde satışa sunulması bekleniyor.
Dar bütçeye göre tasarlanan ilk model sadece 3 metre yüksekliğinde ve saatte 100 watt elektrik üretiyor. Öte yandan, 14 metrelik Mini Vortex 2016’da hazır olacak ve 30 kilowatt saat elektrik üretecek. Ayrıca resimde gördüğünüz gibi, 114 metre yüksekliğinde olan klasik rüzgar türbinleri 5000 kilowatt saat elektrik üretiyor.
Buna eşdeğer 100 metrelik bir Vortex direk de rahatlıkla 3300 kilowatt saat enerji üretebilir. Özünde Vortex Bladeless şirketi rüzgar enerjisinde oyunun kurallarını değiştiriyor. 🙂
Vortex pervanesiz rüzgar direği
Vortex Bladeless sunumu
Kontrolsüz türbülans köprüleri yıkar: Örneğin 1940’da yıkılan Tacoma Boğazı Köprüsü
1The avian benefits of wind energy: A 2009 update, Benjamin K. Sovacool, doi:10.1016/j.renene.2012.01.074