Hava Külək Turbini

Külək turbini

Külək turbini — küləyin kinetik enerjisini mexanik enerjiyə çevirən fırlanan mexanizmdir. Əgər mexanik enerji birbaşa istehsalda (nasos, bülov daşı) istifadə olunursa, o halda mexanizm yel dəyirmanı adlanır. Əgər mexanizm mexanik enerjini elektrik enerjisinə çevirərsə, onda o külək generatoru, külək turbini, aerogenerator adlanır.

Külək turbinlərin tikintisi daimi olaraq sürətli küləklərə malik olan yerləri tələb edir. Bu şəraitləri analiz edəndə külək turbininin istehsal edilidiyi enerjinin miqdarını qiymətləndirmək mümkün olur. Tikiliş üçün uyğun yerləri təyin etməkdə ən çox istifadə olunan meyar – Külək Gücünün Sıxlığı KGS (ingiliscə: Wind Power Density – WPD). Bu müəyyən yerdə küləyin gücünün qiymətləndirilməsi deməkdir və hündürlükdən asılıdır. Müəyyən ərazi üçün rəngli qeydlərlə xəritələr tərtib olunur, misal üçün “İllik Orta Külək Gücünün Sıxlığı 50 metr hündürlüyündə.

Turbinlər onların fırlandığı istiqamətdən asılı olaraq iki növə bölünə bilər:

• Horizontal istiqamətdə fırlanan turbinlər – daha yayılmış növdür.
• Vertikal istiqamətdə fırlanan turbinlər – nisbətən daha az istifadə olunurlar.

Horizontal oxlu külək turbinlərində (HOKT) (ingiliscə: Horizontal-axis wind turbines – HAWT) qüllə başında küləyə yönəldilən rotor valı və elektrik generator mövcüd olur. Kiçik turbinlər adi yelqovan ilə küləyin istiqamətini tutur, böyük turbinlər isə külək sensoru və servomotor ilə işlənilir. Turbinlərin çoxunda sürət qutusu mövcüddur. Həmin sürət qutusu qanadların yavaş fırlanmasını elektrik generatoru üçün daha uyğun olan sürətli fırlanmaya çevirir.  Çünki qüllə öz arxa tərəfində burulmanı (turbulensiyanı) yaradır, turbin küləyə qarşı yerləşdirilir.

Turbinin qanadları möhkəm materiallardan istehsal olunur, çünki güclü küləklər onları qülləyə tərəf qatlaya bilər. Eyni zamanda qanadlar qüllədən bir arada quraşdırılır və bəzən bir az yuxarı əyilmiş olurlar. Küləklə eyni istiqamətə baxan turbinlər də quraşdırıla bilər, çünki onlar küləyi tutmaq üçün xüsusi mexanizm tələb etmirlər və qanadlar qatlana və güclü küləklərə müqaviməti azalda bilərlər. Amma ona görə ki, dövrlü (təkrar) burulma materialların yorğunluğuna (uçurtmasına) səbəb olar bilər. Ona görə də əksər HOKT məhz küləyə qarşı olurlar.

• Aerodinamik səth və ətrafdakı külək arasında optimal bucağı seçmək üçün kömək edən dəyişkən qanad dirsəyi.
• Uca qüllə daha güclü küləklərə yol tapmaq imkanı verir.
• Yüksək effektivlik, çünki qanadlar həmişə küləyə perpendikulyar şəkildə hərəkət edirlər və fırlanma zamanında fasiləsiz enerjini alırlar. Buna əksinə bütün vertikal turbinlər qismən küləyə qarşı hərəkətləri də daxil edirlər.

HOKT nöqsanları

• 90 metrə qədər uca qüllələri və qanadları nəql etmək çətindir (daşıma təchizatın cəmi qiymətində 20%-a çata bilər).
• Uca qüllələri quraşdırmaq çətindir, bu proses çox hündür və bahalı kranları və peşəkar işciləri tələb edir.
• Ağır qanadlar, sürət qutusu və generatoru saxlamaq üçün iri qüllə lazımdır.
• Uca HOKT-lardan əks etmələr radarlarda qarışıqlıq törədə bilər (halbuki filtr ilə təmizləmə bu effekləri azalda bilər).
• Həmin turbinlərin hündürlüyü çox cəlb edicidir və ətrafdakı mənzərəni pozur.
• Qüllənin arxa tərəfində əmələ gələn burulma nəticəsində küləklə eyni istiqamətdə olan turbinlər uçurtmasından və funksional pozulmalardan zərər çəkirlər.
• Qanadları küləyə qarşı yönəltmək üçün xüsusi mexanizmə ehtiyac olur.

Vertikal oxlu külək turbinlərində (VOKT) (ingiliscə: Vertical-axis wind turbines – VAWT) rotor valı vertikal vəziyyətdədir. Bu quruluşun əsas üstünlüyü odur ki, turbini küləyə yönəltmək lazım deyil. Külək çox dəyişkən olduğu ərazilərdə bu üstünlük aşkardır. Vertikal oxlu turbinlərdə generator və sürət qutusu yerə yaxın yerləşdirilə bilər və qüllə ilə onları saxlamaq lazım deyil. Ona görə də turbinlərin istismarı da asanlaşır. Nöqsan isə odur ki, qanadlar küləyə qarşı da fırlanırlar və fırlanma momenti dəyişkən olur. Eyni zamanda vertikal turbinləri qüllələrdə quraşdırmaq çətindir və onlar əsasən bünövrəyə yaxın yerləşdirilir. Misal üçün yerdə və ya binaların damlarında. Küləyin gücü isə kiçik hündürlükdə zəifdir. Yerə və digər obyektlərə yaxın hava cərəyanında burulma (turbulensiya) əmələ gələ bilər. Həmin burulma vibrasiyaya səbəb olur, hansı ki, səs-küy salır və istismar müddətini azaldır. Lakin əgər turbin binanın damında yerləşdirilərsə (bina əsasən küləyi öz üstünə çəkir) o iki qat güclü küləyi tuta bilər. Optimal halda maksimum külək gücünə və minimal burulmaya nail olmaq üçün damın hündürlüyü binanın hündürlüyünün təxminən 50%-də olmalıdır. 1970-ci və 1980-ci illərdə Enerji Nazirliyi tərəfindən vertikal oxlu turbinlər arasında ciddi araşdırmalar həyata keçirilmişdir. Nöqsanlara görə bütün növlərdən heç biri bazarda uğur tapa bilməyib. “…effektivliyin nəticəsi olan elektrik qiymətinə, etibarlığa, materialların qənaətliliyinə gəlmişkən, vertikal turbinlər horizontlar ilə rəqabət apara bilmirlər” . Əlavə olaraq, vertikal turbinlər istehsalçılarının bəyanatları sübutsuzdur və ya yanlışdır.

VOKT üstünlükləri istifadə olunur, turbinlər yerə yaxın yerləşdirilir və onların istismarı asanlaşır.

• Dəyişməyən rotor əyriliyi olan növlərdə küləyi tutmaq üçün xüsusi mexanizmə ehtiyac olunmur.
• VOKT-larda başlanğıc külək sürəti HOKT-lara nisbətən aşağıdır. Adətən onlar elektrik enerjisini 10 km/s külək sürətində istehsal edirlər.
• Uca quruluşlar qadağan olunduğu yerlərdə VOKT-lar tikilə bilər.
• Yerdə yerləşən təpələr, dağlar təbii tunel kimi olaraq küləyi sürətləndirirlər.
• VOKT-lar daha az səs-küyə səbəb olurlar.

VOKT nöqsanları

• Çoxlu VOKT-lər HOKT-lərin effektivliyindən ancaq 50% istehsal edə bilirlər çünki onların qanadları küləyə qarşı da fırlanırlar.
• Saxlayıcı uzadılma məftilləri ilə olan VOKT-lər aşağı istinad nöqtəsinə yüksək təzyiq edirlər, çünki rotorun çəkisi bu istinadın üstündədir. Saxlayıcı uzadılma məftilləri isə küləyin ani şiddəti halında bu təzyiqi artırırlar. Bu problemi həll etmək üçün superquruluş lazımdir ki, yuxarı istinad nöqtəsini saxlasın.
• Pis texniki planlaşdırma halında VOKT-lərin təmiri çətin ola bilər, çünki bütün çəki bünövrəyə düşür və bəzi hissələri dəyişmək üçün bütöv konstruksiyanı sökmək gərəkdir.
• Çünki rotorlar yerə yaxın yerləşdirilir, harda ki, külək sürəti aşağıdır, VOKT-lər eyni bünövrə səthində və ya eyni hündürlükdə olan horizontal turbinlər kimi eyni enerjini istehsal edə bilmir.
• Ona görə ki, VOKT-lər ciddi nöqsanları nəzərə alınaraq geniş şəkildə istifadə olunmur, onlar külək sənayesi ilə tanış olmayanlar üçün geyri-adi görünür. Bu son 50 il müddətində HOKT-lərin ətrafında sərt iddialara və investisiya fırıldaqlarına səbəb olurdu