Bu tip ısıtıcılar sıcak sulu radyant paneller ve doğal gazlı radyant borular olarak iki gruba ayrılırlar. Radyant paneller düzenlenerek büyük hacimlerin tavandan sıcak su ile ısıtılması mümkündür. Radyal fanlı cihazlar kızgın su ve buhar ile çalısabilecek şekilde imal edilebilir. Biz bu yazı kapsamında doğal gazlı radyant ısıtıcılar üzerinde duracağız. Bu ısıtıcılar aşağıdaki ısıtma uygulamalarında tercih edilirler:

• Tavan yüksekliği 4-6 m ve daha yukarı olan kapalı alanlarda,
• Kısmen kapalı alanlarda
• Büyük bir hacimde, belirli bir bölgenin ısıtılmasında (Örneğin büyük bir imalat salonundaki belirli bir makine ve çevresi)
• Kısa süre için ısıtılmak istenen alanlarda.

Bu ısıtıcılarda gaz yanması sonucu ısınan radyant panellerden ısı, yöneltildiği yüzeye ışınımla (radyasyonla) taşınır. Isıtıcının kullanılacağı yerlerde radyasyonu kesici cihazlar (yüksek tezgahlar, otobüs, kamyon vb.) bulunmamalıdır.

Çalışma esnasında radyasyon geçtiği hava ortamını ısıtmadan, doğrudan ısıtılacak cismi ısıttığından verimli bir ısıtma sağlanır. Isı daha sonra ısınan yüzeylerden taşınımla ortam havasına geçer. Sonuç olarak bütün yükseklik boyunca eşite yakın bir sıcaklık profili elde edilir ve lokal ısıtma yapılabilir. Klasik konvektif ısınmada ise sıcak hava yukarıda toplanır ve lokal ısıtma yapılamaz. Bu nedenle yüksek tavanlı büyük hacim ısıtmalarında: radyant panellerle ısıtmada, konvektif ısıtmaya göre %25–%50 oranında enerji tasarrufu söz konusudur. Endüstride kullanılan radyant ısıtıcılar, açık alevli radyant plakalı ve boru radyant ısıtıcılar olarak ikiye ayrılır.

Açık Yanma Odalı Radyant Isıtıcılar

Bu tip gaz yakıtlı radyant ısıtıcı sistemlerinin en çok kullanılanı ve en eski olanıdır. Uzun yıllardan beri bunlar enerji tasarrufu için başarılı bir şekilde kullanılmaktadır. Açık yanma odalı radyant ısıtıcılar tam ön karışımlı gaz yakıtlı bir enjektör brülörü tarafından direkt ısıtılmaktadır. Gaz/hava karışımı bir seramik plakanın yüzeyinde yanmaktadır. Yanma seramik plakanın deliklerinin üzerinde ve içinde kısa alev uzunluğu ile gerçekleşmektedir. Yüzey sıcaklığı yaklaşık 850-900°C olmaktadır. Seramik 0,8 ile 3 mm arasındaki dalga boyu bölgesinde infrared ışınım yaymaktadır.

Seramik yüzeyi bu dalga boyu bölgesinde görünür şekilde kızararak ışınım saçtığı için bu ısıtıcıya parlak radyant ısıtıcı da denilmektedir. Seramiğin önüne yerleştirilen bir ışınım ızgarası verim artışı sağlamaktadır. Çok farklı geometrilere sahip yansıtıcılar söz konusu uygulama alanına mahsus bir uyum sağlamaktadır. Işınımı insanların bulunduğu alana veya ısıtılmak istenen malzeme üzerine büyük yüzeyli veya konsantre (yoğunlaştırarak) olarak transfer eden dik, parabolik ve eğik yansıtıcılar kullanılmaktadır. Yapısal şartlar bir radyant ısıtıcının eğik monte edilmesini gerektiğinde, özel asimetrik yansıtıcılar çatıya doğru yönelen kayıp ışınımı önlemektedir.

Bu tür radyant ısıtıcılar hareketli parçalara sahip olmadıklarından uzun yıllar hemen hemen arızasız bir şekilde çalışabilirler. Açık yanma odalı radyant ısıtıcılarda cihazlara uygulanan detay iyileştirme çalışmaları ile, esas itibariyle ışınım miktarını yükseltmeyi hedefleyen verim artışları sağlanmaktadır. Yeni bir tür açık yanma odalı radyant ısıtıcılarda, ısı yalıtımlı kapalı bir yansıtıcıya sahiptir.

Baca gazı ısı akımı yansıtıcının iç tarafları boyunca akmakta ve bu şekilde enerjisini ısı olarak yansıtıcıya transfer etmektedir. Böylece yansıtıcının iç tarafı yaklaşık 300°C’lik bir sıcaklığa ısınmakta ve insanların bulunduğu bölgeye uzun dalga boylu ışınım (sekonder ışınım) saçılmaktadır. Yansıtıcının içindeki atık gaz yastığı H₂O ve CO₂ miktarı nedeniyle alt tarafa ilaveten gaz ışınımı yaymaktadır. Yansıtıcı gövdesinin ve yanma odasının geometrik olarak özel şekildeki yerleşimi ile sağlanan gaz/hava karışımı ön ısıtması da enerjinin daha iyi kullanılmasını mümkün kılmaktadır.

Açık yanma odalı radyant ısıtıcılarda duman gazları bir atık gaz sistemi ya da mekanik mahal havalandırma sistemi ile tahliye edilebilmektedir. Mekanik havalandırma sistemi kullanılması durumunda radyant ısıtıcı gücü başına 30 m³/h’lik bir taze hava debisinin sağlanması gerekmektedir. Bu, söz konusu hava miktarını mahal hacminden alan çatı vantilatörleri tarafından gerçekleştirilmektedir. Çatı vantilatörleri açık yanma odalı radyant ısıtıcılarla birlikte çalıştırılmakta veya durdurulmaktadır.

Saatte alınan hava miktarı yaklaşık bina hava değişiminin %10-%40 oranına karşılık gelmektedir. Ticari binaların normal doğal hava değişimi saatte 0,7-2 kez (binanın sızdırmazlığına bağlı olarak) olmaktadır.

Boru Radyant Isıtıcılar

Borulu ısıtıcılar 65-104 mm çaplı çelik borulardan üretilirler. Bir uçtan yakılan gaz diğer uçtaki fan yardımı ile çekilmekte ve yanma ürünleri dışarı atılmaktadır. Boru boylar 7m’ye kadar olabilmekte ve bu boyda ortalama 18 kW güç elde edilebilmektedir.

Açık alevli radyant ısıtıcılarda ise her kW ısıtıcı gücü başına 14-24 m³/h havalandırma sağlanmalı ve salon hacmi kW başına 10 m³ değerinden küçük olmamalıdır. Genellikle seramik olan ısıtıcı yüzeylerde sıcaklık 800-900°C değerlerine ulaşabilir. Ortalama ısıtıcı yüzey ısı yayma yoğunluğu 50-130 kW/m² değerlerindedir. Radyant ısıtıcılarda yanma emniyeti, alevin iyonizasyonu yöntemi ile sağlanır.

Ateşleme bazı uygulamalarda pilot alevle olmakla birlikte, en iyisi otomatik ateşleme düzeni ile gerçekleştirilenidir. Boru radyant ısıtıcılarda hava akış şalteri ile hava akışı kontrol edilmelidir. Büyük ısıtıcılarda ısıtma kontrolü, oda termostatı yardımı ile tam otomatik olarak gerçekleştirilir.

Radyant Isıtıcıların Ana Elemanları ve Çalışma Prensibleri

Radyant ısıtıcıların ana elemanları; 1. Brülör, 2. Radyant Tüp, 3. Reflektör, 4.Egzos Tüpü, 5. Vakum Pompası, 6. Sıcaklık Kontrol Ünitesi olarak sıralanabilir.

1. Brülör : Bağlantı flanşı, filitre, seramik alev başlığı, ateşleme elektrodu, alev kontrol sensörü, kontrol ünitesi, regülatör, magnet ventil, transformatör, türbülatör, basınç ayarlayıcı, ateşleme otomatiği gibi elemanlardan oluşur. Doğal gazın yakılması brülörde gerçekleştirilir.

2. Radyant Tüp : Titanyum alaşımlı çelikten, yüksek sıcaklık va korozyona dayanıklı olacak şekilde imal edilir. Yaklaşık 1200 C gibi yüksek sıcaklığa dayanıklı, siyah boya ile boyanır. Çalışma sıcaklığı 200 – 400 C arasında bulunur.

3. Reflektör : Parlatılmış alüminyumdan (veya paslanmaz çelikten) imal edilirler ve radyant tüplerin üzerine, Şekil 1′ de gösterildiği gibi monte edilirler. Radyant tüpün yaydığı kızıl ötesi ışınlar, reflektörler vasıtası ile, ısıtılacak bölgelere yönlendirilerek (direkt olarak) yansıtılırlar.

4. Egzos Tüpü : Yanma sonu oluşan atık gazlar, egzos tüpü yardımı ile dışarı atılır. Bu tüpe, fan ve egzos pompası monte edilir.

5. Vakum Pompası: Vakum fanlı entegre radyant tüp sisteminin borularının sonuna monte edilir. Atık gazların çıkış borusu aracılığı ile, dış ortama verilmesini sağlar.

6. Sıcaklık Kontrol Ünitesi : Sıcaklık kontrolu, çoğunlukla termostatlar aracılığı ile sağlanır. Açık – Kapalı (süreksiz otomatik kontrol) veya iki kademeli (sürekli otomatik kontrol) şekilde kontrol mümkündür. Termostatlar, radyant tüplerin altına paralel olarak, zeminden 2 m (bazen 3 m) yukarı, uygun şekilde monte edilirler. Ayrıca, güvenlik açısından, emniyet termostatı bulunur.

Brülör, mekanik tesisatta kazanlarda kullanılan ve hava ile yakıtın karıştırılarak yakılmasını ve kontrolünü sağlayan cihazlardır. Yakıt brülöre gelerek, istenilen miktarda yakıt ve hava ile kazanın içerisinde yanma gerçekleştirilip, kazandaki suyun ısınmasını sağlar.

Katı Yakıt Yakan Brülörler

Sıvı Yakıt Yakan Brülörler

•  Buharlaşmalı brülörler (Karbüratörlü)
• Pompalı brülörler
• Dönel brülörler

Isıtma amacı ile buharlaşmalı brülör kullanımı yaygın değildir. Kalorifer kazanlarında daha çok diğer iki tip brülör kullanılır. Pompalı brülörler 400 kg/h kapasitelere kadar monoblok olarak yapılır. Fan, pompa, motor, filtre, ısıtıcı ve kontrol elemanları kendi üzerindedir. Tam otomatik, tek veya çift kademeli olabilirler. Kumanda on-off veya oransal olabilir. Özellikle büyük kapasitelerde oransal kontrol yakıt ekonomisi sağlar. Dönel brülörler genellikle büyük işletmelerde kullanılırlar ve oransal kontrollüdür. Büyük kapasiteli brülörlerde yakma havası ayrı bir fanla sağlanır ve kanalla brülörün özel girişine adapte edilir.

Gaz yakıt diğer yakıtlarla karşılaştırıldığında en kolay yakılan ve dolayısı ile gaz yakıt brülörü en basit yapıya sahip olan brülör tipidir. Doğal gaz brülörünün temel görevi yakıt ve havayı karıştırmak ve ateşlemektedir. Ayrıca yanmanın kontrolü ve güvenlikle ilgili fonksiyonları vardır. Gaz brülörleri iki ana gruba ayrılır;

• Üflemesiz (Atmosferik) gaz brülörleri
• Üflemeli (Fanlı) gaz brülörleri

 Üflemeli gaz brülörleri ise günümüzde ikiye ayrılmaktadır;

• Ön karışımsız (difüzyon alevli) üflemeli gaz brülörleri
• Ön karışımlı üflemeli gaz brülörleri

Çift Yakıtlı Brülörler

Meteorolojik veriler incelendiğinde yurdumuzun hemen hemen her bölgesinde günlük belli dilimlerde sıcaklık farklılıkları oluşmaktadır. Bu fark üç büyük kent ortalaması olarak İstanbul’da 7 ºC , Ankara’da 9 ºC, İzmir’de ise 6 ºC civarında günlük maximum ve minimum arası sıcaklık farkı oluşmaktadır. Projelendirmede kullanılan en düşük kabul edilen dış ortam sıcaklıklarının da ortalama rakam olduğunu varsayarsak günün kalorifer yakılan diliminde 6 ºC’lik bir sıcaklık farkı oluşumu kabulü % 90 mertebelerinde doğru sayılabilir. Şartları daha da olumsuzlaştırarak bu farkın yakılan periyot içinde yaklaşık % 80 gerçekleştiği kabul edilir. Sonuçta 5 ºC’lik sıcaklık farkı kabulü ortaya çıkar. Zaten böyle bir fark oluşmasaydı bu valflerin kullanımı da olmazdı. Hatta projelendirme ve diğer otomatik kontrol cihazları daha farklı olurdu.

Bu tür sistemlerde kontrol edilen sıcaklığın +5 ºC olması son derece makuldür. Bunu günlük yaşamda da hepimiz hissetmekteyiz. Diğer tüm projelendirme sabitlerini aynı kabul ederek, -3 º C, 0 º C, +3 º C projelendirme sıcaklıklarına göre 20 º C’lik bir ortam için elde edilebilir ısı tasarrufu şu şekilde hesaplanabilir:

Buradan çıkan sonuç yöresel farklılıklar göstermekle birlikte % 20 ile % 30 arasında değişmektedir.

Kaloriferli konut yoğunluğu da dikkate alındığında üç büyük kent için minimum % 20 tasarruf söylenebilir.

Yakıt Ekonomisinin Konut Başına Etkisi

Kaloriferli bir konutun ortalama saatte ihtiyaç duyacağı ısı yükünü 15.000 Kcal/h olarak kabul edilebilir. Günlük 8 saat yakıldığını düşünerek,

15.000 x 8 = 120.000 Kcal/gün

180 gün yıllık yakılan gün kabulü ile de,

120.000 x 180 = 21.600 Mcal/yıl

İstatistiki verilere dayanarak ve fabrikalar, resmi kurum, kuruluşlar ile bunlara bağlı lojmanları ele almaksızın sadece konut bazında düşünürsek, Türkiye’de kaloriferli ve kombi ile ısınan yaklaşık 2.000.000 adet konut vardır. Her yıl da ortalama 70.000 kaloriferli konut yapılmaktadır. Yaklaşık % 4’lük bir artış söz konusudur.

Yukarıda elde edilen ısı yükünden sağlanan tasarrufu % 20 olarak konut başına,

21.600.000 x 0,20 = 4.320.000 Kcal/yıl buluruz.

2.000.000*4.320.000=8,64*10⁹ Mcal/yıl

olarak ülke genelinde tasarruf elde edilir. Bu rakam enerjide dışa bağlı ve gelişmekte olan ülkemiz için hiç de küçümsenmeyecek bir rakamdır. Böyle bir sistemin geri dönüş süresi 3-4 ay gibi son derece kısa bir süredir.

Biyolojik evrim ise bir termodinamik teori ile açıklanabilir. Evrimin arkasındaki biyolojik teoriyi çerçevelemek için kendine öz yasaları bulunan bu bilim dalındaki daha önce bahsettiğimiz dört yasa güçlerini birleştirerek “Evrenin Temel Yasaları”nı oluşturuyor.

Mekanik anlamda termodinamik ile ilgili yapılan ilk çalışmalar 18. yy başlarında Thomas Savery ve Thomas Newcomen tarafından yapılmış olsa da biz burada “biyolojik termodinamik” üzerinde duracağız. Alman-İngiliz tıp doktoru ve biyokimyacı Hans Adolf Krebs’in 1957 tarihli “Energy Transformations in Living Matter (Yaşayan Maddede Enerji Dönüşümleri)”[1] çalışması biyokimyasal reaksiyonların termodinamiği üzerine ilk kapsamlı yayın oldu.

Buna rağmen termodinamik, başından beri doğa kuramları arasında önemli bir konumda bulunur. Günümüzde biyolojik termodinamik, iç biyokimyasal dinamiklerin incelenmesi ile ilgilenmektedir. Canlılar kendi fizyolojik olaylarını devam ettirebilmek için organik bazlar ile genetik materyalini işleyebilen veya işletebilen biyokimyasal zorunlulukları vardır. Canlı organizmalar , yapılar ve hücreler arasında meydana gelen enerji  transdüksiyonlarının ve bunların altında yatan kimyasal proseslerin doğası ve fonksiyonunun nicel çalışmasıdır. 

Evrende bir denge durumu sağlanıncaya kadar değişme eğilimi vardır. Clausius 1865 yılında yeni bir termodinamik özellik bulduğunu anlamış ve bu özelliğe entropi adını vermiştir. [5] Canlı varlıkların oluşumu, tek hücrelilerin birleşerek çok hücreli varlıklara dönüşmeleri de enerji korunumu ve entropi yasası ile ilgilidir. Kapalı bir sistemdeki düzensizliğin ölçüsü olan entropi nedeniyle, mevcut enerjinin tamamı organizmaya yararlı olmayacaktır.

Canlı bir organizma, çevresi ile hem madde hem de enerji alışverişi yapabilen açık bir sistemdir ve yüksek düzenli durumlarını korumak için sürekli enerji girdisine ihtiyaç duyar. Bu mevcut düzeni sürdürme sürecinde, çevreye bir miktar enerji kaybedilir veya dönüştürülür. Böylece enerji aktarıldıkça yapılan işlemler, hücrenin veya organizmanın çevresindeki entropide artışa neden olur. Enerji transferi, evrendeki entropinin artmasına neden olur.

Örneğin, bir insan besin alır, onu bileşenlerine ayırır ve daha sonra bunları hücre, doku, bağ vb. oluşturmak için kullanır. Bu süreç vücuttaki düzeni artırır ve böylece entropiyi azaltır. Bununla birlikte insanlar, vücut sıcaklığı nedeniyle giysilere ve temas ettikleri diğer nesnelere de ısı iletirler, uzaya ısı yayarlar ve atıkları ortadan kaldırır (örneğin, karbondioksit, su ve diğer nefes, idrar, dışkı, ter vb.). Tüm bu süreçler hesaba katıldığında, büyük sistemin (yani insan ve çevresi) toplam entropisi artar.

Güneş, canlı organizmalar için birincil enerji kaynağıdır. Bitkiler gibi bazı canlı organizmalar doğrudan güneş ışığına ihtiyaç duyarken, bitkiler ve diğer fotosentetik organizmaların aksine hayvanlar ve insanlar gibi diğer organizmalar dolaylı olarak güneşten enerji alabilirler. Diğer biyolojik süreçlerde olduğu gibi, enerji transferi yüzde 100 verimli değildir. Güneş ışınlarından yeşil bitkilerde fotosentez tarafından yakalanan toplam enerji yılda Dünya’ya ulaşan toplam güneş ışığının yaklaşık %4’üdür. Bir miktar enerji yansıtılır ve bir kısmı ısı olarak kaybolur. Çevreleyen ortama enerji kaybı, düzensizlik veya entropide artışa neden olur. [4]

Işık enerjisi bitki yapraklarındaki hücreler tarafından emilerek kimyasal enerjiye dönüştürülür. Kimyasal enerji, bitki kütlesini oluşturmak için gerekli olan karmaşık karbonhidratları oluşturmak için kullanılan glikoz formunda depolanır. Glikozda depolanan enerji, hücresel solunum yoluyla da salınabilir. Bu süreç, bitki ve hayvan organizmalarının ATP üretimi yoluyla karbonhidratlarda, lipitlerde ve diğer makromoleküllerde depolanan enerjiye erişmesine izin verir. Bu enerji, DNA replikasyonu, mitoz, mayoz, hücre hareketi, endositoz, ekzositoz ve apoptoz gibi hücre fonksiyonlarını gerçekleştirmek için gereklidir.

Termodinamik açıdan ATP hidrolizi, protein stabilitesi, DNA bağlanması, membran difüzyonu, enzim kinetiği ve diğer bu tür temel kimyasal reaksiyon sırasında iş yapabilen enerji miktarı, Gibbs Serbest Enerjisindeki değişimle niceliksel olarak ölçülür.[2]  Gibbs Serbest Enerjisindeki değişiklik, belirli bir kimyasal reaksiyonun kendiliğinden meydana gelip gelemeyeceğini belirlemek için kullanılabilir.

Termodinamik yasalarına ek olarak, hücre teorisi, gen teorisi, evrim ve homeostaz, yaşam çalışmasının temelini oluşturan temel ilkeleri oluşturur.[4]

Biyolojik termodinamikten farklı olarak bir de “sosyolojik termodinamik” vardır.

Nüfus bilimine göre toplumların yeryüzündeki yayılışlarında değişik sebepler bulunsa da, bunlardan en başta gelen sebeplerden biri de şüphesiz iklim şartlarıdır. Eski zamanlarda hava soğuyunca mağaralara sığınıp fazlaca hareket etmedikleri, sıcak havalkarda ise geniş alanlara yayılıp yeni bölgeler keşfettikleri, böylece bir iş yaptıkları, tarihten bildiğimiz genel bir davranış tarzıdır. Fizik biliminde multi parçacıklı sistemleri inceleyen bilim kuramına “istatistik mekanik” denir.Bu kuramda açıkça anlaşıldğı gibi belirsizlik esastır ve istatistik ortalamalardan hareketle termodinamik sistemlerin davranışlarını açıklar. Termodinamikten en önemli farkı, ikinci yasadaki entropi kavramını atomlarının ve moleküllerinin hareketleri ile ilişkilendirmesidir.

İkinci yasaya göre “Kapalı sistemlerde sistem termodinamik dengeye ulaşana kadar entropi artar. Denge oluştuğunda veya tersinir hal değişiminin sınırlı durumlarında sabit kalır, fakat asla azalmaz.” Termodinamik denge, en basit tanımıyla, sıcaklığın sabit kaldığı durumdur.[5]  Bunu şöyle açıklayabiliriz; bir kabın içinde sıcak su molekülleri, diğerinde soğuk su molekülleri bulunsun. Farklı bir kapta bunları karıştırırsak bir süre sonra sistem sabit bir sıcaklıkta dengeye gelecektir. Parçacıklar bakımından sistem önce düzenlidir sonrasındaysa parçacıklar karışmıştır. Yani karmaşa artmış, düzen bozulmuştur. Ama kısa sürede, sistem farklı bir denge durumuna ulaşarak, yeniden düzeni sağlamıştır.

İnsan topluluklarında da benzer durumlar vardır. Birbirlerine komsu fakat ayrı durumda olan toplumlar olası [3] bir savaş durumunda birbirlerine karışırlar ve kaos ortamı oluşur. Ancak savaş sonrası, barış sağlandığında yeni bir düzen kurulur ve sosyal denge sağlanmış olur. Sosyal karmaşa durumunda toplumun entropisi artmakta, sosyal dengeye ulaşıldığında ise sabit kalmaktadır. Bu da gösteriyor ki, bir mühendislik kavramı olan “termodinamik denge” ile bir sosyoloji kavramı olan “sosyal denge” arasında önemli benzerlikler vardır.

“İstatistik mekanik” kuramında mikroskopik bir parçacığın belli bir konumda durma süresi o sistemin hacmi ile doğru orantılıdır. Şişirilmiş bir balonda eğer balonun hacmi sabitse içindeki hava veya gaz molekülleri çok fazla yer değiştirmezler. Ancak balonu şişirmeye devam edersek, içine yeni gaz molekülleri eklendikçe içerideki gazın hareketi artar ve moleküller uzun süre aynı noktada kalamazlar. Birinci yasa ile ikinci yasa ilişkilidir, çünkü sistemin enerjisi arttığında sıcaklık artar ve ısınan gaz genişleyerek daha geniş bir hacim kaplar.

Bu durum insan topluluklarında nüfus artışında neden göçlerin de arttığını aslında açıklıyor. İnsan toplumlarında da enerji artısı teknik ve teknolojinin gelişimine bağlı olduğundan, gelişme ve hızlanma insanların daha hareketli olmasına ve daha kolay yer değiştirmelerine neden olur. Öncelikle rüzgar enerjisini kullanarak yelkenli gemileri geliştiren ve ardından petrolün yakıt olarak kullanılışı, insanlığı tüm dünyayı keşfe çıkartmış, çok daha geniş alanlara yayılmayı daha da kolaylaştırmıştır.

Öte yandan insanlar dış tehlikeler arttığında, dağınık durumdan toplu yasam tarzına geçerek iş bölümünü arttırarak, enerji kaybını minimuma indirmişlerdir. Düzenin yerel olarak artması entropinin yerel olarak azaldığına ve ardından sabit kaldığına işarettir. Ilya Prigogine “Order Out of Chaos” adlı kitabında bakterilere bol miktarda besin sağlandığında dağınık yaşadıklarını, besin miktarı azaltılınca bir araya gelerek çok parçacıklı ve düzenli yeni bir yapı oluşturduklarını anlatmıştır.[3] ]]> https://muhendis.web.tr/termodinamige-biyolojik-ve-sosyolojik-bakis/feed/ 0 https://muhendis.web.tr/turkiyenin-2020-ruzgar-enerji-potansiyeli-ve-kurulu-gucu/ https://muhendis.web.tr/turkiyenin-2020-ruzgar-enerji-potansiyeli-ve-kurulu-gucu/#respond Mon, 16 Nov 2020 17:52:40 +0000 https://muhendis.web.tr/?p=6020 Rüzgar Enerjisi Nedir?

Tüm yenilenebilir enerji sistemlerinin kaynağı güneş enerjisidir. Rüzgar enerjisi, güneşten dünyaya gelen ışınların yer kabuğu üzerinde oluşturduğu farklı sıcaklıklar neticesinde oluşan sıcaklık, yoğunluk ve basınç farkı neticesinde meydana gelir. Ekvator bölgesi, diğer bölgelere göre çok daha fazla ısındığından, burada oluşan sıcak hava kuzeye ve güneye doğru hareket eder. Dünyanın kendi etrafında dönmesiyle oluşan “Coriolis Kuvveti” de rüzgarların oluşmasında etkilidir.    

Rüzgar Enerji Sistemlerinin Uygulamaları

Rüzgarın oluşturduğu mekanik enerjiden iki çeşit enerji elde edilir. Birincisi bu mekanik enerjiyi farklı bir mekanik enerjiye dönüştürerek kullanılır. Bir diğer metot ise rüzgarın mekanik enerjisinden elektrik elde etmektir.

Ticari olarak elektrik elde etme amaçlı kullanılan rüzgar türbinleri incelendiğinde iki çeşit türbin modeli karşımıza çıkmaktadır. Bunlardan ilki ve daha çok tercih edileni yatay eksenli olanıdır. Buna karşın dikey eksenli türbinlerin de tercih edildiği noktalar mevcuttur.

Rüzgar enerjisi uygulamalarının kullanımı, şebekeye bağımlı ve bağımsız olmak üzere iki şekilde karşımıza çıkmaktadır.

Şebekeden Bağımsız Uygulamalar

Genellikle akülü sistemlerle desteklenen şebekeden bağımsız sistemler ticari olmamakla birlikte bölgesel elektrik problemlerine yönelik kullanılmaktadır. Bununla birlikte tamamen mekanik amaçlara hizmet veren rüzgar türbin uygulamalarına da rastlanmaktadır.

Şebekeye Bağımlı Uygulamalar

Enerji üretimi amacıyla kullanılan rüzgar enerji sistemleri şebekeye bağlanarak, ihtiyaca cevap vermektedir. Yüksek kapasite elektrik üretimi sağlayan ticari uygulamalarda depolama maliyetlerinin çok yüksek olması sebebiyle üretilen elektrik gerekli düzenlemeler sonrasında doğrudan şebekeye verilir.

Ülkemizde Rüzgar Enerjisi Sistemleri

Rüzgar enerjisi sistemleri lisanslı ve lisanssız olmak üzere 2 guruba ayrılır. Lisanslıda bir üst sınır belirtilmemişken lisanssızda 1 MW ile sınırlandırılmıştır.

Lisanslı Rüzgar Enerji Santrali

Ticari olarak elektrik üretmek için yapılan ölçümler ve ihaleler neticesinde santral kurulur ve elektrik üretimi yapılarak devletin belirlediği rakamlardan belirli süreler içerisinde üretilen elektrik şebekeye satılır.

Lisanssız Rüzgar Enerji Santrali

Üst sınırı 1 MW olmak kaydıyla ister tek türbin ile istenirse 4 adet 250 kW’lık türbin ile üretilen elektrik verilen teşviklerde belirtilen süre boyunca şebekeye satılır.

Rüzgar Enerjisinden Elektrik Üretimi

Rüzgar enerjisi santrallerinde sistemin verimli çalışacağı süre ortalama 20 yıl olarak öngörülürken, sistemin kullanım ömrü 30 yıl civarındadır. Santrallerde kullanılan türbin çeşidine bağlı olarak enerji üretimi 3-25 m/s aralığındadır. 1 MW’lık bir santralin %100 verimle çalıştığı düşünüldüğünde 1 yılda üretebileceği maksimum enerji 8,76 GWh’dir. Gerçekte bu kapasite faktörü diğer ticari olarak kullanılan türbinlerde 20%-45% arasında değişmektedir.

Güç üretimine etki eden çeşitli parametler vardır:

Yerden yukarıya doğru çıkıldıkça rüzgar hızı artmaktadır. Kurulacak rüzgar türbini sistemlerinin kule yüksekliği sisteme olumlu yönde etki eder. Rüzgar hızındaki 1 birimlik artış güç üzerine küpü oranında avantaj sağlar.

Rüzgar türbini kurulmadan önce o bölgenin yıllık rüzgar ölçümlerinin yapılmış olması gerekmektedir. Bu veriler eşliğinde ortalama yıllık rüzgar hızının 7 m/s ve üzeri hıza sahip olan alanlara kurulmasının ekonomik olmaktadır.

Kanat çapının artması, taranan alanın artıracağından rüzgarın kinetik enerjisinden elde edilecek elektrik enerjisi doğru orantılı olarak artar. Rüzgar türbinin kanatları dönmesiyle taradıkları alan bir daire oluşturur. Dolayısıyla daire alanında çapın yani kanat uzunluğunun %10 artması taranan alanın %21 artmasına neden olur.

Uluslararası standart atmosfer (ISA) şartlarında, deniz seviyesinde, 15°C sıcaklıkta ve 1013,25 mb atmosfer basıncında hava yoğunluğu 1,225 kg/m³ dür. Bu değer deniz seviyesinden yukarıya çıktıkça azalır. Karasal bölgelerde havadaki nem miktarı azaldığından rüzgar türbinlerinin denize yakın bölgelere ve deniz seviyesine kurulması avantaj sağlar.

Rüzgar Enerjisinin Avantajları

• Yenilenebilir ve temiz bir enerji kaynağıdır, çevre dostudur.
• Tükenme ve zamanla fiyatının artma riski yoktur.
• Maliyeti günümüz güç santrallarıyla rekabet edebilecek düzeye gelmiştir.
• Bakım ve işletme maliyetleri düşüktür.
• Teknolojisinin tesisi ve işletilmesi göreceli olarak basittir.
• İşletmeye alınması kısa bir sürede gerçekleşebilir.
• Rüzgar enerjisi ile elektrik üretirken doğaya hiçbir sera gazı veya bunun gibi zararlı gazlar salınmaz. Bundan dolayı tamamen temiz enerji kaynağı ve temiz enerji üretim yöntemidir.
• Rüzgar türbinlerini neredeyse her yere kurma imkanı vardır.
• Rüzgar enerji santralleri, güneş enerjisi gibi çok fazla arazi alanı kaplamaz. Yani 1 MW büyüklüğünde bir güneş santrali 20.000 metre kare alan kaplarken, bir adet rüzgar türbini tek başına 1 MW enerji üretebilir.
• Rüzgar türbinleri için havanın aydınlık veya karanlık olması önemli değildir. Gece ve gündüz optimum rüzgar koşullarında elektrik üretmeye devam eder.

Rüzgar Enerjisinin Dezavantajları

• Enerji üretimi rüzgara bağlı olduğundan rüzgar kesilmesi veya azalması ile enerji kaybı oluşur. Rüzgar türbinlerinde enerji üretebilmek için rüzgarın optimum seviyede olması gerekmektedir.
• Rüzgar türbinleri yüksek desibelde ses oluşturmaktadır. Bu nedenle gürültü kirliliğine yol açmaktadırlar.
• Doğal yaşama zarar verir, kuş ölümlerine yol açar.
• Elektromanyetik dalgayı etkileyebilir.
• Rüzgar türbinlerinde devrilme ve yanma gibi istenmeyen durumlar görülebilir.
• Türbin maliyetleri yüksektir.
• Rüzgar türbinleri için büyük alanlar gereklidir.

Rüzgar Enerjisini Kullanım Alanları

Rüzgar enerjisi, asla tükenmeyen yenilenebilir bir kaynağa dayanır. Santral doğru yerde kurulduğu sürece çevreyi tehdit etmez, aksine ekosistem için faydalı bir yöntem teşkil eder.

Rüzgar santrallerinin kullanım amaçlarını belli başlıklar altında incelemek mümkündür.

• Su pompalama
• Tahıl öğütme
• Soğutma
• Bahçe aydınlatmaları
• Şarj ve Batarya Sistemleri
• Su Depolama Alanları
• Lojistik

Türkiye Rüzgar Enerji Potansiyelinin Belirlenmesi

Dünya genelinde, rüzgar enerjisinden elde edilen elektrik enerjisinin toplam enerji üretimindeki oranı gün geçtikçe çok daha önemli hale gelmektedir. Başta Danimarka ve Portekiz gibi gelişmiş ülkelerin rüzgar enerjisine bu denli yatırım yapıyor olmaları, rüzgar enerjisinin, verimli olan her ülkede rahatlıkla kullanılabileceğini göstermektedir. Türkiye’de rüzgar enerjisi uzun zamandır dünya genelinde kullanılmasına rağmen elektrik üretimi amacıyla rüzgar türbinleri ile ticari olarak kullanımı 2005’li yıllardan sonra artmaktadır.

Ülkemizin farklı bölgelerinde, farklı hız ve yükseklikte rüzgar enerji potansiyeli mevcuttur. Bu potansiyelin tamamının ticari olarak kullanılması beklenemez. Genellikle ticari olarak kullanılacak olan rüzgar türbinlerinin kurulacağı alanda 50 m yükseklikte, 7 m/s ortalama rüzgar hızı aranır.

Rüzgar enerjisi uygulamaları açısından uygun olmayan alanlar:

• Rakımı 1500 metrenin üzerinde ve eğimi %20’den fazla olan bölgeler
• Yerleşim alanları
• Kara ve demir yolları ile hava alanları ve limanlar
• Sulak alanlar ve nitelikli orman alanları
• Koruma Alanları (milli parklar, ÖÇK, vb.)
• Enerji santralları
• Emniyet bantları
• Derinliği 50 metre’ den fazla olan deniz alanları.

Türkiyenin Rüzgar Enerjisi Durumu

TÜREB’in yayımlamış olduğu 2020 Haziran ayı verilere göre, Türkiye’nin çeşitli illerinde toplam 8.288 MW kurulu güce sahip olan 197 RES işletmesinde 3.335 adet türbin bulunmaktadır.

197 RES’in illere göre yerleşimi incelendiğinde tesislerin Türkiye’de 30 ilde yer aldığı gözlemlenmektedir. Aşağıdaki grafiklerden bölgelere göre işlemede ve inşa aşamasında olan RES’lerin bölgelere göre dağılımı görülmektedir.

2.451,05 MW’lık 53 rüzgar santrali halen inşa aşamasında bulunuyor. TÜREB tarafından yapılan ankete katılımcılardan gelen verilere göre, kısmi kabullerle devreye girecek RES projelerinin 31 Ekim’e kadar yaklaşık 1.250 MW, 31 Aralık’a kadar ise yaklaşık 1.100 MW güç ile YEKDEM mekanizmasına dahil olabilecekleri öngörülüyor

Yılın ilk 6 ayında rüzgardan elde edilen elektrik toplamı 11 milyon 506 bin 233 kilovat saate erişirken bu miktar Türkiye’de üretilen toplam elektriğin yüzde 8,52’sini oluşturdu. Nisan ayında ise Türkiye’de üretilen elektriğin yüzde 10,36’sı rüzgardan karşılandı.

Eviniz için kaç tane güneş paneline ihtiyaç duyacağınızı belirlemek için öncelikle aşağıdakileri bilmeniz gerekiyor:

• Hanenizin ne kadar enerji kullandığı,
• Çatınızın kullanılabilir yüzey alanı,
• Bölgenizdeki iklim ve güneş ışınımı (radyasyon değeri),
• Düşündüğünüz fotovoltaik(PV) panellerin watt ve göreceli verimliliği,
• Net metering (mahsuplaşma) uygulanabilirliği.

Ne kadar tüketim yapıyorsunuz?

Biz yazı kapsamında oluşturacağımız sistemde şebekeden bağımsız (off-grid) bir güneş paneli sisteminde yer alması gereken bileşenler hakkında bilgi verip örnek tasarımda Mersin ili Silifke ilçesinde yük ihtiyacı günlük ortalama 5 kWh olan bir ev için kurulum maliyeti hesabı yapacağız.

Sizler de bulunduğunuz bölgeye bağlı olarak Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü Güneş Enerji Potansiyeli Atlası (GEPA) üzerinden, il ve ilçenize ait radyasyon bilgilerini ulaşabilirsiniz. Daha sonra da evinizin ortalama enerji gereksinimlerini belirlemek için geçmiş elektrik faturalarına bakabilirsiniz. Ortalama günlük enerji kullanımınız, güneş ihtiyaçlarınızı hesaplamak için hedef günlük ortalamanızdır. Bu, enerji ihtiyacınızın yüzde 100’ünü karşılamak istiyorsanız, güneş enerjisi sisteminize ihtiyaç duyacağınız kilovat saat sayısıdır –bir kilovat saat, herhangi bir zamanda, gücün kullanıldığı toplam süre ile çarpılan güç miktarını ifade eder-.

Güneş Enerjisi Örnek Hesaplama:

Bizim tasarım yapacağımız Mersin iline ait güneşlenme haritası ve güneş süreleri aşağıdaki şekilde görülmektedir.

Örnek hesabımız için aşağıdaki tabloda tüketim yapan cihazlar verilmiştir.

Güneş pilleri, elektrik enerjisinin gerekli olduğu her uygulamada kullanılabilir. Güneş pili modülleri uygulamaya bağlı olarak; invertörler, akümülatörler, akü şarj denetim aygıtları ve çeşitli elektronik destek devreleri ile birlikte kullanılarak bir güneş pili sistemi (PV sistem) oluştururlar.

PV Modüller

Türkiye şartlarında Silifke ilçesi için güneşlenme süresinin kışın yaklaşık 5 saat, sonbaharda 7 saat ve yazın 11 saat olduğunu göz önünde bulundurulursa; günlük ortalama yük ihtiyacı 5 kW-saat olan bir ev için; ortalama 1 kW’lık üretim yapan bir güneş paneli sistemi tasarlanması evin enerji ihtiyacını karşılayacaktır.

1 kW lık üretimi karşılamak amacıyla tasarlanan system için en az 4 adet 275 W nominal çıkış gücünde paneller kullanılması gerekmektedir. Seçilen polikristal panel için değerler aşağıdadır.

İnvertör

Doğru akım (DC) üreten güneş enerjisi kaynaklarını alternatif akıma (şebeke akımına) çeviren, sistemin kalbi niteliğinde ürünlerdir. Panellerin ürettiği 12 veya 24V DC gerilimi 240 V AC gerilime çevirir ve çıkışın sinizoidal olması gerekir. Tam sinüs özelliği de çamaşır makinesi, bulaşık makinesi ve buzdolabı gibi endüktif yükleri karşılamak ve bozmamak için gereklidir İnvertörün gücü kurulan sistemin aynı anda çalışacağını düşünülen cihazların anlık toplam gücüne göre seçilmelidir.

İnverter seçimi daha da yüksek tutabilir ancak fiyat yönünden de uygun bir seçenek arandığından ortalama 4000 W’lık bir inverter kullanım için idealdir.

Şarj regülatörü

Güneş enerjisinden elde edilen gerilimi istenilen gerilim değerine düşüren ürünlerdir. Akünün tam dolmasını ve aşırı kullanımlarda deşarj (boşalmasını) olmasını engeller. Genel olarak, şebekeden bağımsız sistemlerde kullanılan bu ürünlerin seçiminde en önemli kriter verim değerleridir.

Bir regülatör seçerken dikkat edilmesi gereken en önemli parametre, regülatörün gerekli olan maksimum akıma dayanıklı olmasıdır. Seçilen regülatörün, kullanılan batarya voltajı ile uyumlu olmasına da dikkat edilmelidir. Şarj regülatörleri kullanılacak sisteme göre 12V/24V/48V ve/veya 10A/20A/40A/60A gibi değerlerde değişir. Şarj regülatörleri aynı zamanda DC voltaj çıkışları olduğundan doğru akımla çalışan cihazlara direk gerilim verirler. Şarj regülatörlerinin LCD göstergeli modelleri de mevcuttur. LCD göstergelide anlık akü ve panel akım, akü ve panel voltajını ve akünün şarj durumunu gösterir. Sisteme şarj regülatör seçerken maksimum akımı göz önünde bulundurmak gerekir.

Tabloda kullanılan sisteme uygun şarj regülatörü çeşitleri sunulmuştur. Bu tabloya göre 12 V 60 A bir şarj regülatörü seçilmiştir.

Akümülatör

Şebekeden bağımsız sistemlerde elektrik enerjisini kimyasal enerji olarak depo eden, istenildiğinde bunu elektrik enerjisi olarak veren cihazlardır. Genel olarak üç tiptir: Kuru (Flooded Lead Acid), AGM (Absorbed Glass Mat Sealed Lead Acid) ve GEL (Gelled Electrolyte Sealed Lead Acid). Ancak kuru tip aküler fiyatlarından dolayı fotovoltaik sistemlerde daha çok tercih edilmektedir (Olması gereken ise aslında jel akülerdir). Akülerin kapasiteleri amper-saat (Ah) olarak ifade edilir. Ömürlerini uzun tutmak için kapasitesi %50’nin altında iken şarj edilmelidir. Verimleri %90 civarındadır.

Şebeke elektriğinin olduğu yerde 2 gün, olmadığı yerde 3 günlük ihtiyacını depolayacak kadar akü kullanımı uygun olacaktır. Bu da günlük tüketimi 5 kW olan bir ev için 10 kW’ı karşılayacak akü kapasitesi demektir. 12 V 1200 Ah’lik akü grubu 12volt*1200 Amper-Saat =14.400 watt depolayabilir. Akülerde depolananın tamamını hatta %70’inden fazlasını kullanmak akünün yapısını kısa zamanda bozmaktadır. Bu yüzden 12 V 1200 Ah bir akü grubu tasarlanan sistemim için ideal olacaktır. Kapasitesi belli akü hücreleri birbirine bağlanarak daha yüksek kapasiteli bir akü grubu elde edilebilir. 12 V 1200 AH’lık bir akü grubunun 6 adet 12 V 200 Ah’lık akülerin paralel bağlanarak oluşturulması mümkündür.

Kablo Seçimi

Fotovoltaik sistem kurumunda sistemin hesaplanması ve gereken ürünlerin seçimi kolay değildir ama genelde ihmal edilen ve ihmal edilmemesi gereken bağlantı ürünlerinin önemi fazlasıyla yüksektir. Solar sistem iki bölüme ayrılabilir:  

• Sistem-Akü [SA]
• Akü-Tüketici [AT].

SA bölümü DC (doğru akım) bölümüdür ve genelde 12, 24 veya 48 V DC olarak kurulur. SA bölümünde güneş pilleri sayesinde üretilen elektrik akım, şarj regülatörü üzerinden akülere depolanır. Kablo kesitini hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılır:

A=0.0175*2*L*P/(fk*U²) (mm²)

Burada A iletken kesiti, fk iletken kaybı (%), 0,0175 bakır için spesifik direnç (Ohm×mm²/m), L kablo uzunluğu (m), P kablo tarafından alınması gereken güç (W), U sistem voltajıdır (V).

Ayrıca aşağıdaki tablodan da pratik olarak seçim yapılabilir.

Bizim sistemimiz için saatlik 1 kW güç eldesi için yaklaşık 58 A  akım taşıma gücüne sahip kablo için 35 mm² kesitinde kablo kullanılması uygudur.

Kurulum Maliyeti

1 kW güç üretebilen sistemin maliyetinin hesaplanması için kabaca aşağıdaki tabloyu doldurabiliriz.

Böyle bir sistem için toplam ilk yatırım maliyetimiz 23.170 TL’dir. Ortalama bir yıl içinde vergiler dahil elektrik faurasını birim kw/h elektrik fiyatı 0,71 TL olarak kabul edersek ve yıl içinde emniyetli olarak 6 saat elektrik üretimi olursa;

5*6*30*12*0,71 = 7.668 TL

Yapmış olduğumuz sistem kendini yaklaşık 3 yılda karşılayacaktır.

1. Dalga Enerji Nedir?

Yenilenebilir enerji konusu, özellikle fosil yakıtların hakim olduğu bir dünyada değişmez bir konudur. Fosil yakıtlardan elde edilen enerjinin sınırlı olması ve çevreye zarar vermesi, sınırsız, çevre dostu ve yenilenebilir enerji kaynaklarını daha da önemli kılar.

Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan dalga enerjisi, rüzgârların okyanus ve denizlerin yüzeyinde oluşturduğu dalga hareketlerinden elde edilen bir enerji türü olarak tanımlanır. Dünyanın yaklaşık %80’inin sularla kaplı olduğu, bu suların %97’sinin de denizler ve okyanusları oluşturduğu düşünüldüğünde dalga enerjisinin ne kadar önemli bir kaynak olduğu daha da iyi anlaşılır. Dalgaların su yüzeyinin altında oluşturduğu hareket, özel türbinlerden oluşan bir dalga enerjisi dönüştürücüsü vasıtasıyla elektriğe dönüştürülerek biriktirilir. Dalga enerjisi ile üretilen elektrik enerjisi doğrudan kullanılabildiği gibi ısı üretimi ve su arıtma gibi farklı amaçlarla da kullanılabilir.

Hidro enerjiden farklı olarak, dalga enerjisi okyanus ya da büyük denizlerin akıntısını kullanır ve baraj veya hızlı hareket eden bir nehir gerektirmez. Her dalga yüksekliğinden istenilen enerjinin elde edilebilmesi, dalga enerjisinin önemli avantajlarından biridir.

Dalga enerjisi elbette genellikle deniz ve okyanuslara kıyısı olan ülkelerde tercih edilir. İngiltere, Portekiz, İspanya, Amerika, İsrail ve Yunanistan bu enerji türünün kullanıldığı ülkeler olarak sıralanır. Ülkemizde de dalga enerjisi üretimi çalışmaları geçtiğimiz yıllarda başlamıştır. Pilot bölge seçilen Zonguldak’ta kurulan santral 50 kilovat üretim kapasitesine sahiptir.

2. Dalga Enerjisinden Elektrik Üretimi

Büyük ölçekte dalga enerjisinin başarılı ve karlı kullanımı yalnızca dünyanın birkaç bölgesinde görülür. Bu yerler Washington, Oregon ve Kaliforniya eyaletlerini ve Kuzey Amerika’nın batı sahilindeki diğer alanları ve aynı zamanda İskoçya, Afrika ve Avustralya kıyılarını da kapsıyor.

Rüzgar okyanus yüzeyinin üzerinde kayarken, rüzgardan gelen kinetik enerjinin bir kısmı dalgaların altında su altına kaydırılır. Nitekim okyanus, güneş ışınlarının okyanuslara ilettiği devasa bir enerji depo koleksiyoncusu olarak görülebilir; dalgalar, iletilen kinetik enerjiyi okyanus yüzeyinden geçirir. Bunu akılda tutarak, dalgaların okyanus yüzeyinde kayan su değil bir enerji şekli olduğunu varsayabiliriz. Bu dalgalar geniş bir okyanus boyunca çok fazla enerji kaybetmeden aktarılabilir. Bununla birlikte, su derinliğinin sığ olduğu kıyı şeridine ulaştıklarında, hızları azalırken boyutları önemli ölçüde artar. Sonuçta, dalgalar kıyıya vurur ve büyük miktarda kinetik enerji deşarj eder.

Kıyıya çarpan dalga enerjisi, aslında bir elektrik santralı olan bir dalga enerjisi dönüştürücü (WEC) kullanarak elektrik haline dönüştürülür. Bu elektrik santralinin çalışma prensibi hem basit hem de ustalık gerektirir. Denizin altında, güçlü deniz dalgalarının bölmeye ve arkaya akışına izin veren bir açıklık içeren kapalı bir odadır. Bu dalga enerjisi dönüştürücüsünün avantajı, oldukça düşük dalga hareketleri bile enerji üretmek için türbin hareketini korumak için yeterli debi üretebilmesidir.

Üç tarafı denizlerle çevrili olan ülkemizde de, ilk yatırımından ve bakım giderlerinden başka gideri olmayan, primer enerjiye bedel ödenmeyen, doğaya herhangi bir kirletici bırakmayan, ucuz, temiz, çevreci ve çok büyük bir enerji kaynağı değerlendirilmelidir. Dalga enerjisi rüzgar ve güneş enerjisine göre daha öngörülebilir bir enerjidir ve daha fazla bir güç yoğunluğuna sahiptir. Şuan ki bilgi ve teknoloji ile dalga enerjisinden dünyada 2 TW elektrik üretimi yapabiliriz.

Dalga enerjisi dönüştürme teknolojileri kıyı boyunca uygulananlar, kıyıya yakın bölgelerde uygulananlar ve kıyıdan uzak bölgelerde uygulananlar olmak üzere üç grupta toplanmaktadır. Dalga enerjisinde ana unsur, oluşan dalga yüksekliği ve dalganın periyodudur.

Kıyı Şeridi (Shoreline) Uygulamaları

Kıyı Şeridi uygulamalarında, enerji üretim yapıları kıyıda sabitlenmiş veya gömülü halde bulunurlar. Bakım ve inşası diğer uygulamalara göre daha kolaydır ve derin su bağlantılarına veya uzun su altı elektrik kablolarına ihtiyaç yoktur. Bununla birlikte, daha az güce sahip dalga rejimi nedeniyle elde edilebilen dalga enerjisi daha az olabilmektedir. Bu tür uygulamaların yaygınlaşması kıyı şeridi jeolojisi, gel-git seviyesi ve kıyı yapısının korunması gibi etkenlerle sınırlanmaktadır.

• Salınımlı Su Kolonu (Oscillating water column-OWC)
• Daralan Kanal Sistemi (TAPered CHAnel -TAPCHAN)
• Pendula

Kıyıya Yakın (Near Shore)Uygulamalar

10-25 metre su derinliklerinde gerçekleştirilmektedir.

• Osprey
• Wosp 3500

Kıyıdan Uzak (Offshore) Uygulamalar

40 metreden daha derin sularda kıyıdan uzak uygulanan cihazlar kullanılmaktadır. Bu tür sistemlerde uzun elektrik kablolarına gereksinim vardır.

• McCabe Dalga Pompası (McCabe Wave Pump)
• OPT Dalga Enerji Dönüştürücüsü (WEC)
• Pelamis

3. Türkiyenin Dalga Enerjisi Durumu

Dalga enerjisi üç tarafı denizlerle çevrili ülkemizde yararlanılması gereken enerji kaynağı olup gerek ülkemiz gerekse dünyada büyük dalga enerjisi potansiyeli mevcuttur. Gel-git enerjisinden, bu fiziksel olayın çok belirgin olduğu okyanus kıyılarında yararlanılabileceği için, bu enerjinin Türkiye açısından önemi yoktur. Ancak, Marmara Denizi dışında kıyı uzunluğu yaklaşık 8200 kilometreyi bulan Türkiye için, dalga enerjisi önemli bir potansiyeldir. Dalga cephesinin gücü, okyanuslar dışında 10-40 kW/m arasında değişmekle birlikte, Akdeniz kıyıları için bu değer yaklaşık 13 kW/m olarak verilmektedir. Türkiye dışında Akdeniz’de yapılmış ölçümler, bu gücün yıl boyu 8,4-15,5 kW/m arasında değiştiğini göstermektedir.

Türkiye’de dalga rasatları ve bunlara ilişkin ölçüm verileri yetersizdir. Fakat rüzgar ölçüm değerleri, deniz düzeyine uyarlanarak, rüzgarların oluşturacakları dalga yüksekliklerini belirlemek ve buradan da elde edilecek dalga enerjisini hesaplamak mümkündür. Araştırmacılar tarafından, birim genişliğe etkiyen ortalama dalga gücü;  Kuzeydoğu Atlantik’te 100 kW/m, Portekiz sahillerinde 5-26 kW/m, Kanada’da 0,6-101,6 kW/m, Güney Afrika’da 10-14 kW/m ve Çin’de 0,7-4,5 kW/m olarak verilmektedir. İnceleme yapılan zaman diliminde, birim genişliğe etkiyen ortalama dalga gücü 14,84 kW/m olarak saptanan Çeşme’nin, dalga enerjisinin değerlendirilmesi açısından diğer ülkeler ile yarışabilecek potansiyele sahip olduğu anlaşılmaktadır.

Bütün kıyılarımızdan aynı oranda dalga enerjisi eldesi mümkün olmamakla birlikte, deniz dalga konvertörlerinin tek sıra halinde dizilmesi gerekmediğinden, açık cephe kıyı uzunluğunun büyük önemi yoktur. Ayrıca dalga konvertörlerinin, deniz rüzgar türbinleri ile entegre bağlantılı olarak şebekeyi beslediği sistem üzerinde de durulmaktadır. Türkiye kıyılarının beşte birinden yararlanarak sağlanabilecek dalga enerjisi teknik potansiyeli, 18,5 milyar kWh olarak tahmin edilmektedir.

Dalga enerjisinin kullanımı, Türkiye’nin gündemine henüz girmemiştir. Fakat başta Norveç olmak üzere dünyada çeşitli kıyılarda öncü santraller kurulmuştur.

Dalga hareketinin, yinelenmesi akarsuyun yinelenmesinden farklıdır. Akarsuyun yinelenme periyodu, kaba bir düşünce ile ülkemizde bir yıldır. Halbuki dalgaların periyodu maksimum 2-8 saniyedir. Buradaki büyük farkı göz ardı etmeden, günümüz teknolojileri kullanılarak, oluşan ve yinelenen bu enerjiyi almak için daha fazla gecikilmemelidir.

Karadeniz’in diğer denizlere göre daha dalgalı olduğu iddialarının aksine, güneybatı Anadolu yönünde hakim olan Ege Denizi ve Akdeniz üzerindeki rüzgar potansiyeli 4-17 kW/m’lik yıllık ortalama dalga gücünde bir yoğunlaşmaya neden olur. Dalga cephesinin gücü Akdeniz kıyıları için ortalama 13 kW/m olarak verilmektedir. Türkiye dışında Akdeniz’de yapılmış ölçümler, bu gücün yıl boyunca 8.4 – 15.5 kW/m arasında değiştiğini göstermektedir. Bu değerler iç denizlerde daha da düşmektedir. Dalga enerjisinden yararlanmak için en uygun yer İzmir-Antalya arası veya tam olarak belirtmek gerekirse Dalaman-Finike arasına tekabül eden denizlerdir. Türkiye’nin bölgesel ortalama dalga yoğunlukları aşağıdadır;

Sadece birkaç küçük ölçekli dönüştürücüden, yıllık 4-17 kW/m arasında dalga gücü olan sularda, toplam yaklaşık en az 10 TWh/yıl enerji elde edilebilir. Bu, ekonomik olarak üretilebilir Türkiye Hidroelektrik enerji potansiyelinin yaklaşık %12,5’idir.

Karadeniz ile Akdeniz’de yapılan ölçümlere göre birim alandaki mevcut deniz dalga enerjisi miktarları Tablo 3.2 ’de gösterilmiştir.

İzmir Çeşme yöresine yönelik olarak yapılan bir çalışmada dalga enerjisinin en fazla olduğu ayın Şubat ayı olduğu tespit edilmiş, Kasım – Mart aylarından oluşan 5 ayda diğer aylara nazaran daha fazla dalga elektriği üretilebileceği ortaya çıkmıştır. Ortalama dalga gücünün 7.16 – 39.66 kW/m arasında değiştiği ve birim genişliğe etkiyen ortalama dalga gücünün 14.84 kW/m olarak alınabileceği tespit edilmiştir.

İstanbul Teknik Üniversitesi ve Yıldız Teknik Üniversitesi tarafından yapılmış olan çalışmalarda konumları ölçüm istasyonlarından alınan verilere göre dalga yükseklikleri, dalgaların periyot değerleri ve deniz derinlikleri Tablo 3.3’te gösterilmiştir.

4. Dalga Enerjisinin Uygulama Alanları ve Faydaları

• Primer enerjiye bedel ödenmez,
• Çalıştırma ve bakım maliyetleri çok düşüktür,
• Her boyut ve güçte santral, deniz yüzeyinde kurulabilir,
• Küçük boyutlu konut, otel, hastane ve sera gibi uygulamalar,
• Toplu konutlar, tatil köyleri, kasaba boyutunda aydınlanma, ısıtma ve sıcak su elde etmek amaçlı uygulamalar,
• Sanayi bölgeleri ve büyük enerji tüketiminde bulunan, çimento fabrikaları, izabe tesisleri gibi endüstri kuruluşlarının ucuz enerji ihtiyacı amaçlı uygulamalar,
• Büyük şehirlerde ucuz ısınma sağlanması sebebi ile hava kirliliğinin önlenmesi amaçlı ulusal programda olması gereken uygulamalar,
• Dalyan görevi görerek, denizlerdeki balık neslinin çoğalmasına yardım eder, ekolojik dengeye katkıda bulunur,
• Nüfus yoğunluğu deniz kenarında bulunan ülkemizde, dalga elektrik santralleri, üretim yeri ile tüketim yerinin yan yana olması sebebiyle, iletimde büyük kazanç sağlanılmış olacaktır,
• Dalga elektrik santrallerinin ulusal elektrik sistemine bağlanılarak, üretiminin üst sınırlarda olduğu zamanlarda, mevcut hidrolik santrallerimizi devreden çıkararak rezerv olarak kalmasını sağlayacak uygulamalar,                      
• Pilot bölge olarak seçilmesi düşünülen Karadeniz’de, enerji adaları oluşturularak istenilen büyüklükte enerji santralleri kurulabilecektir,
• Dalga elektrik santralleri kurmak için gerekli altyapı, ülkemizde fazlasıyla mevcuttur,

5. Dalga Enerjisinin Dezavantajları

• Denizde dalga enerjisi üretimi, nakliye ve yaban hayatı ile etkileşime girebilir,
• Dalgaların, maksimum miktarda elektrik üretmek için güçlü olması gerekir, Yani Tüm denizlerde bu gücü bulmak mümkün değil,
• Dalga Enerjisi jeneratörleri gürültülü olabilir,
• Mevsimsel ve Hava koşullarından ötürü çalışma sistemlerinde sıkıntı yaşanabilir,
• Deniz üzerinde olduğu için Deniz Ticaret Yolları Üzerinde bir oynama yapabilir,

6. Sonuç

Türkiye’nin Batı, özellikle Kuzey kıyılarının dalga enerjisi yönünden oldukça zengin olduğu anlaşılmaktadır. Bu kıyılarda özellikle Tip 2a (Tapchan tipi) ve Tip 3a (sabit OWC) sistemleri kurularak, ilgili bölgelerdeki küçük yerleşim birimlerinin elektrik enerjisi gereksinimi sürekli olarak sağlanabilir. Dolayısıyla, Türkiye’de orta vadede yenilenebilir enerji kaynaklarından hidrolik enerjisine destek olunurken, uzun vadede dalga enerjisinden daha fazla yararlanma olanakları geliştirilebilir.

Bu yazımızda sizlere özellikle birincil kaynaklı enerji üretim santrallerinde ve yenilenebilir kaynakları enerji santrallerinde de ortak olarak bulunan enerji üretim santrallerinin başlıca kısımlarından bahsedeceğiz.

Enerji üretim santrallerinin devre olarak çizimini yukarıdaki şekilde düşünebiliriz. Şimdi bu numaralandırılan devre elemanlarının ne işe yaradığını ve enerji üretim santrallerinde ne gibi görevlerinin olduğunu inceleyelim.

1. Generatör: Santralde elektrik enerjisinin üretildiği kısımdır. Mekanik enerji bu kısımda döner manyetik alan oluşturarak elektrik enerjisine dönüştürülür.
2. Mekanik enerji üreten kısım: Generatörün elektrik enerjisi üretebilmesi için gereken mekanik enerjiyi üreten kısımdır. Mekanik enerjiyi üreten bu kısım su veya buhar türbini olabileceği gibi atom reaktörü veya dizel motorlardan birisi de olabilir.
3. Uyartım makinesi: Elektrik enerjisi üretiminde generatöre doğru akım vererek döner manyetik alanın oluşmasını sağlar.
4. Kesici: Özel yapılı bir şalterdir. Şebeke ile generatör arasındaki bağlantıyı sağlar. Generatöre veya enerji üretimine ve iletimine ciddi zarar oluşabilecek durumlarda devreden çıkar ve bu kısımların zarar görmesini engeller. Hem enerji üretiminde hem de enerji iletiminde farklı özellikte ve yapıda bulunan kesiciler enerji üretim santralleri için oldukça önemli bir devre elemanıdır.
5. Ölçü aletleri: Santral ve şebeke ile ilgili fazlardan çekilen akımlar, gerilimler, güçler, sıcaklıklar, basınçlar, baca gazının özellikleri, güç katsayısı gibi santralin sürekliliği için öneme sahip parametrelerin ölçülmesi amacıyla kullanılırlar.
6. Koruma aletleri: Santralde ve şebekede meydana gelebilecek arızalara karşı santral ve şebekeyi korur.
7. Senkronizasyon Sistemi: Santralin şebekeye bir arızaya yol açmadan sıhhatli bir şekilde bağlanması için kullanılan yardımcı bir düzenektir.
8. Bara Düzeneği: Baralar üretilen elektrik enerjisinin toplandığı ve dağıtıldığı sistem elemanıdır. Santralde üretilen elektrik enerjisi dağıtım için baralara gelir, gerekli yerlere buradan dağıtılır.
9. Şalt Sahası: Generatörde üretilen enerjinin uzaklara nakledilebilmesi için gerilim şalt sahasında yükseltilerek hatta verilir. Gerilimin yükseltilip akımın düşürülmesi ile yüksek kapasitedeki enerjiler çok uzaklara azımsanacak bir kayıp ve masraf olarak daha düşük bütçeli ince kablolarla taşınabilmektedir.