Rüzgâr türbinleri, Rüzgâr Enerji Santralleri Neden Üç Pallidir?

Bugün biraz mühendislik üzerine bir şeyler yazayım istedim. Mühendisim ya, arada böyle yazılar da yazmak lazım dedim.

Aklıma bazı sorular takılıyor ne zamandır.

Mesela eski zamanlardan kalma rüzgâr değirmenlerinde genellikle dört adet kanat olur. Daha fazla olanlar da vardır.

Don Kişot’un saldırdığı yel değirmeninin kaç kolu vardı, hatırlayanınız var mı?

Benim hatırladığım dört kollu olması lazım.

***

Modern rüzgâr türbinleri ise nedense üç bıçaklı oluyor. 

Bıçak derken pervanesinin kollarından bahsediyorum.

Neden acaba üç bıçak? 

Hiç düşündünüz mü sebebini?

Bu arada pervane deyince mesela pırpırlı uçak pervaneleri de nedense iki bıçaklı olur. 

Helikopter pervaneleri de yine iki palli oluyor.

İlginç değil mi? Sebebi nedir sizce hiç düşündünüz mü? 

Modern yel değirmenleri üç bıçaklı, uçak ve helikopter pervaneleri iki bıçaklı, hatta gemi pervaneleri de dört ya da daha fazla bıçaklı.

Sonra bu pervanelerin, ya da rüzgâr türbinlerindeki bıçakların belli bir büyüklüğü de oluyor.

Halbuki ne kadar büyük, o kadar çok hava sirkülasyonu. Ne kadar çok bıçak, o kadar çok enerji ya da güç. Öyle değil mi?

Esen rüzgârda bıçaklarla ne kadar çok alan kaplıyorsan o kadar çok rüzgar enerjisini elektriğe dönüştürme imkanınız olur, mantıken öyle değil midir? 

Dolayısıyla da daha fazla bıçak sayısı daha mantıklı olmaz mıydı? 

Niye üç? Niye daha fazla değil.

Ya da uçak pervaneleri için niye iki?

Gemiler bakın mantıklı geliyor insana. Dört ya da daha fazla bıçak. İki ya da üç değil.

***

Aslında tüm bu kararlar yapılan optimizasyon hesapları neticesinde alınıyor.

Mühendislik demek maliyet ve verimlilik optimizasyonu demek. Olabilecek en düşük maliyet ve olabilecek en fazla verimlilik bir orta noktada buluşturuluyor. 

Mühendisler için verimlilik ve maliyet oranı çok önemlidir. 

Verimliliğin içine kaliteyi de dahil etmek gerekiyor tabii ki. Ama kalitenin de yeterince olması gerekiyor, dengeli bir kalite. 

Yaptığınız bir şeyde bir parçanın çok kaliteli olması ve bazı parçaların daha az kaliteli olması sebebiyle yaptığınız şeyin çabucak bozulduğunu düşünsenize. Ne anlamı olurdu o parçanın çok kaliteli olmasının? Tüm parçaların aynı sürede dayanacak kalitede olması yeterlidir. 

O yüzden son yıllarda üretilen otomobillerde bir parça bozulduğunda, sırasıyla başlar diğer parçalar da servis dışı kalmaya. Mühendislik!

Çünkü kalite aynı zamanda maliyet demektir.

Dolayısıyla yeterli kalite, yeterli verimlilik ve olabildiğince düşük maliyeti tutturmak mühendisliğin ana prensibidir.

Bu yüzden de bir mühendis hem paradan anlamak zorundadır, hem de verimlilik hesaplarından. Bir yandan da malzemelerden.

Sadece düşük maliyet, ya da sadece yüksek kalite mühendislik mantığına aykırıdır.

Bu dediğim tüm mühendislik dalları için geçerli.

***

Gerçi inşaat dünyasında, özellikle de Türkiye’deki konut binaları için ben daha önce artık bu verimlilik hesaplarından vaz geçilmesi gerektiğini düşündüğümü yazmıştım. 

Halen daha da fikrimde ısrar ediyorum, çünkü bence insan hayatı riske atılacak bir şey değildir.

Bence en fazla beş katlı tünel kalıp binalar depremden korunmak için yapmamız gereken tek konut yapılarıdır. Hatta buna okullarımızı, yurtlarımızı ve hastanelerimizi de dahil edebilirsiniz. Devlet binalarını da istiyorsanız katın, bence hepsi tünel kalıp yöntemiyle yapılmalı.

***

Evet, bu uzun girizgâhtan sonra gelelim rüzgâr türbinlerinin bıçaklarına. 

Alternatifler neler? 

Tek bıçak, iki bıçak, üç bıçak, dört ve daha fazla bıçak…

Tek bıçağı hemen eliyorum, çünkü mühendislik hesaplarından bunun dönerken dengesizlik yaratacağını hemen anlayabilirsiniz. 

Bu aşamada rüzgâr türbinlerinin devasa yapılar olabildiğini belirtmem gerekiyor. 

Dolayısıyla her bir parçası oldukça maliyetli olabiliyor. Özellikle de bıçakları.

Yani tek bir bıçak bile maliyet hesaplarında oldukça büyük rol oynuyor!

***

Evet, sıradaki seçenek iki ya da üç bıçak. Arasında seçim yapabilmek için yapılan hesaplar iki bıçağın verimliliğinin üç bıçağa oranla oldukça düşük kaldığını gösteriyor.

Ayrıca sert bir rüzgârda iki bıçak gereğinden hızlı dönüyor ve elektrik üretim ekipmanında sorunlar çıkartıyor. Bir de dönerken oldukça çok ses çıkartıyor. 

Bu yapılarda yakınlardaki yerleşim yerlerine ulaşan uğultu da hesaplarda dikkate alınması gereken bir parametre. 

Evet, rüzgâr türbinlerinin rahatsız edici bir uğultusu oluyor.

Üç bıçak ise hem çok daha verimli oluyor hem uğultusu daha az oluyor ve evet, maliyeti daha fazla oluyor, ama maliyet artışı verimlilik artışına göre dikkate alınacak kadar çok olmuyor.

Peki madem öyle niye dört bıçaklı yapmıyorlar?

Madem iki bıçaktan üç bıçağa çıkarken verimlilik oldukça artıyor, dört bıçaklı çok daha verimli demek değil mi bu durumda?

Evet, dört bıçak daha verimli, ancak üçten dörde verimlilik artışı ikiden üçe olan verimlilik artışından çok daha düşük, ama maliyetteki artış oranı oldukça fazla.

Dolayısıyla hesaplar en optimum bıçak sayısının üç olduğunu gösteriyor, ve işte bu yüzden rüzgar türbinleri üç bıçaklı yapılıyor.

***

Peki uçak ya da helikopter pervaneleri niye iki bıçaklı o zaman?

Madem üç bıçak daha verimli ve optimum maliyette, uçakları da üç bıçaklı pervaneler ile yapsalar ya?

Uçaklarda ihtiyaç ve koşullar daha farklı. 

Biraz önce yazdım aslında bu sorunun cevabını, iki bıçaklı pervane daha hızlı dönebiliyor, ama düşük güç üretiyor. Yani uçaklarda hızlı dönüş hızlı hava akımı demek ve bu uçağın uçuş hızı için gerekli bir parametre. Üstelik hızlı hava akımı için üç bıçaklı pervane kadar güç de harcamıyorsunuz.

Dolayısıyla helikopterler ve pırpırlı uçaklarda iki bıçak bir anlamda zorunluluk.

Evet, oldukça çok ses çıkartıyor, ama daha hızlı hava akımı ile uçağın daha rahat uçuşunu mümkün kılıyor. 

Helikopterler için de geçerli bu dediğim, güç aktarımı iki bıçakla daha verimli oluyor ve daha fazla yük kaldırabiliyor iki bıçak.

Bu hesapların bıçak açıları ve şekli üzerine oldukça detaylı hesapları ve rüzgâr testleri var. 

Ancak sanırım prensipte yeterli bu kadar bilgi.

Bu arada gemilerde de hızdan çok güç aktarımı daha önemli olduğu için dört ve üstü bıçaklı pervaneler kullanılıyor. 

***

Mühendislik iyidir, çok yönlü düşünce gerektirir, daha farklı düşünür mühendisler birçoklarından. 

Aklıma şimdi niye trifaze elektrik var acaba diye bir soru takıldı, acaba daha çok fazlı elektrik üretilebilir mi?

Araştırayım bakayım, sebebini öğrenirsem paylaşırım.

Moskova’dan herkese sevgi ve saygılarımla.