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

Arthur C. Clarke

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

ATMOSFER: DEV ENERJİ MAKİNESİ

Önce rüzgarla ilgili genel bilgi: Dünyanın çevresinde dönen rüzgarlar muazzam bir enerji yekunu temsil eder. Teorik bir hesapla (Carnot çevrimi) atmosfer, dünyaya düşen güneş enerjisinin .4'ünü rüzgar enerjisine çevirir. Dünyaya düşen metrekareye 1340 Watt güneş enerjisi dünya küresi üzerinde dağılır, m²'ye 250 Watt'a iner. Atmosfer aslında devasa bir ısı makinasıdır (buhar makineleri, içten yanmalı taşıt motorları, termik enerji santralleri, hatta atom reaktörleri birer ısı makinasıdır, ısı enerjisini harekete çevirir) ve her ısı makinesi da Fransız fizikçisi Sadi Carnot'nun keşfettiği termodinamik kanunlarına tabidir. .4 atmosfer için teorik bir sınırdır. Sürtünme ve diğer kayıplarla her ısı makinesi gibi atmosferik rüzgar sistemi de bu teorik sınıra ulaşamaz, biz yakl. 'luk pratik bir oranı alalım. Bu yeryüzünün her m²'si başına 25 Watt rüzgar enerjisi demektir. Bu rakamları nereden bulduğumuzu merak eden varsa kutu içi açıklamaya bakabilir.

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

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

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

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

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

1000 W/m2 : 4 = 250 W/m2

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

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

Carnot termodinamik çevrim formülü:

nmax : Termik verim

TH : Sıcak taraf ısısı (° Kelvin)

TC : Soğuk taraf ısısı (° Kelvin)

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

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

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

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

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

2.5 W/ m² = 2.5 Megawatt/ km²

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

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

RÜZGAR ENERJİSİ VE BAZI SINIRLAR

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

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

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

© Fikir Coğrafyası