Türkiye Elektrik Enerjisi İhtiyacının Karşılanmasında
Rüzgar Enerjisinin Yeri DEVAMI.

Rüzgar Enerjisi Değişkenliği ve Grid Entegrasyonu

Rüzgar enerjisi genellikle kesikli bir enerji kaynağı olarak tanımlanır ve bu yüzden güvenilir olmadığı ifade edilir. Rüzgar; gerçekte, sistem seviyesinde, düzensiz aralıklarla durmaz ve esmez. Bu yüzden rüzgar enerjisi için kullanılan kesikli terimi yanıltıcıdır. Toplam rüzgar gücü kapasitesi çıktısı değişkendir, güç sisteminin kendisinin de değişken olduğu gibi.

Hem temin hem de talep elektrik akımları, planlanan ve planlanamayan bir çok faktör tarafından etkilenmektedir. Değişen hava şartları insanları ısı ve ışık kaynaklarını açma ve kapama durumunda bırakır. Milyonlarca tüketici TV ve bilgisayarları için anlık enerji bekler. Temin tarafında, büyük bir güç istasyonu planlı veya plansız bir şekilde devre dışı kaldığında anlık olarak yüzlerce MW’lık kayıplara neden olur. Bunun aksine rüzgar enerjisi sistemden anlık olarak çıkmaz.  Birkaç büyük güç istasyonundan çok daha fazla, yüzlerce hatta binlerce ünite olduğundan dolayı değişkenlikler sönümlenir. Bu durum aynı zamanda sistem operatörleri için temindeki değişiklikleri yönetmek ve tahmin etmek için kolaylıklar sunar. Eğer belirli bir sahada rüzgar esmesi durursa genelde çok küçük etkisi olur. Çünkü rüzgar başka sahalarda esmesine devam ediyordur.

Güç sistemleri; nasıl ki büyük güç santralarından kaynaklanan ani değişikliklerin üstesinden her zaman gelmek zorundaysa, rüzgar enerjisi ile ilgili prosedürleri de uygulamaya koymalıdır. Sorun bu yüzden sadece değişkenliğin kendisi değil; nasıl tahmin edileceği, yönetileceği ve iyileştirileceği ve verimliliği artırmak için ne gibi yöntemlerin kullanılabileceği olmalıdır (Seigfried, 2006).

Rüzgar enerjisinin önemli oranlarda (<20-30, düşük ve orta) enerji sistemine entegrasyonu yalnızca mümkün olmakla kalmamakta aynı zamanda mevcut güç sisteminde köklü değişiklikler yapmanında gerekli olmadığı Dünya çapındaki bir çok uygulamadan anlaşılmaktadır (Almanya, Danımarka, İspanya, İsveç, Avusturya gibi). Bununla birlikte, çok yüksek penetrasyon seviyelerinin olduğu Danımarka, İspanya ve Almanya’nın çok geniş ulusal veya uluslar arası güç sistemleri ile bağlantılı oldukları dikkate belirtilmelidir. 

Güç sistemi mühendisleri, teknik açıdan, tüketicilere talep ettiğinde şebekeden elektrik enerjisini temin etmek durumundadır. Eğer ğüç sistemi rüzgar enerjisi ile tanışmıssa güç sisteminin temel gerekleri yerine getirilmelidir. Güç sistemi dizaynı ve işletilmesinde rüzgardan kaynaklanan en büyük problem rüzgarın değişken özelliği olmaktadır. Rüzgar enerjisinin şebeke entegrasyonundan kaynaklanan bu temel problemin iki yönü öne çıkarmaktadır. Güç sistemindeki tüm tüketiciler için kabul edilebilir bir voltaj seviyesi ve sistem güç dengesi nasıl muhafaza edilebilir.

Genel anlamda, güç sstemi mühendisleri her zaman bu gibi sorunlarla çalışmaktadırlar. İlk nükleer enerji üretimi güç sistemi ile tanıştığı zaman güç sistemi mühendislerinin karşı karşıya kaldığı sorun talebin sürekli değişmesine rağmen nükleer üretimin sabit kalmasıydı. Bu yüzden bir çok ülke diğer enerji kaynaklarının (örneğin hidrolik ve nükleer gücü beraber kullanarak) esnekliğini kullanma zorunda kalmışlardır. Örneğin İsveç, baz yük temini için kullanılan ve esnek olmayan üretim gerçekleştiren nükleer santralları, yük takibi için esnek üretimli hidrolik santrallarla beraber çalıştırmaktadır. Diğer ülkeler de bu sorunu çözmek için farklı çözümler geliştirmişlerdir. Örneğin Japonlar bu amaçla pompaj depolama hidroelektrik sistemini kullanmaktadır (Thomas, 2005).

Bu örneklerden görüldüğü gibi rüzgar enerjisi ile ilgili sorunlar büyük ölçüde güç sistemine bağlıdır. Bunula beraber, güç sistemi mühendislerince uygulanmakta olan  genel yöntemler rüzgar enerjisinin şebekeye entegrasyonunda da kullanılabilir. Rüzgar enerjisi üreticilerinin ihtiyaçlarını karşılayabilmek için güç sisteminin  işletilmesi noktasında bazı yöntemlerin değiştirlmesi sorunun çözümünde yardımcı olabilir.  

Sistem İşletimi ve Stabilitesi

İlk bakışta rüzgar enerjisi güç sisteminden kaynaklanan sorunlar nedeniyle sıkıntılı bir durum sergilemektedir. Bu sıkıntılara sebep olarak gösterilen sorunlar ise genellikle rüzgar enerjisinin büyük miktarlarda konvansiyonel kaynaklarla yedeklenmesi kabulleri ve yüksek değerlerde hesaplanan ilave maliyetlerı şeklinde ifade edilmektedir. Bu düşüncelere değerlendirildiğinde ve uygulamalarla karşılaştrılığında ise farklı durumların olduğu ortaya çıkmaktadır.

•    Grid sisemleri; değişen ve belirli olmayan taleplerle, beklenmeyen iletim ve üretim kayıplarıyla rutin bir şekilde baş edebilecek şekilde dizayn edilir. 
•    Rüzgar enerjisi üretimleri bir sistem seviyesinde toplanabilir (yekün, yığışımlı,  aggregated rüzgar çiftlikleri). Bu durum ise rüzgar çiftliklerinin büyük ölçekli coğrafik dağılımı ile artan önemli sönümleme etkileri doğurur. Almanya’da tek bir rüzgar türbini saatten saate kapasitesinin %60’ına varan güç salınımı yapabildiği ISET tarafından ortaya konulmuştur. Yine ISET, 350 MW’lık bir yekün rüzgar çiftliğinde bu oranın %20’den az olduğu tespit edilmiştir. Çok daha geniş alanlarda en büyük saatlik değişikliklerin %10’dan azdır (Nordel gibi).  
•    Rüzgar enerjisi üretimlerinin dakikalık, saatlik, günaşırı, aylık, mevsimlik ve uzun dönemli zaman aralıklarında tahmini piyasa, planlama, işletme ve yedek tutma kapasitelerine önemli olumlu etkiler yapar. Günümüzde kullanılmakta olan rüzgar enerjisi tahmin modelleri tek bir rüzgar çiftliği için 36 saatlik zaman ölçeğinde rüzgar enerjisini %10-20 hata ile tahmin edebilmektedir. Bölgesel olarak bir araya getirilmiş rüzgar çiftlikleri için günlük tahminde bu hata payı %10 ve saatlik tahminlerde ise %5 mertebesindedir.

Günümüzde kurulmakta olan MW boyutundaki rüzgar türbinleri en zor şebeke kod gerekliliklerini bile karşılayabilecek yetenektedir. Bu durum güç sisteminin kararlılığını dengede tutmaya yardımcı olmaktadır. Ayrıca modern rüzgar tarlaları aktif olarak kontrol edilebilen rüzgar enerjisi güç santraları olmaya başlamıştır. 

Altyapı İyileştirmeleri

İletim ve dağıtım şebeke altyapısı rüzgar enerjisinden yüksek miktarlarda yararlanmak için güncelleştirilmeyi gerektirir. Bu iyileştirmeler sadece rüzgardan daha fazla yararlanmak için değil aynı zamanda diğer enerji kaynaklarından artan talebi hızlı bir şeklide karşılamak için de gereklidir. Bir çok ülke bu iyileştirmelerin maliyetlerini özel çalışmalarla ortaya koymuşlardır. Örneğin İngiltere’de rüzgar enerjisi penetrasyonunu %30’a yükseltmek için yeni şebeke inşaatı veya güçlendirilmesinden dolayı rüzgar enerjisi üretim maliyetine 0.1 - 4.7€/ MWh ilave geleceği hesaplanmıştır. 

Son Dönemde Yapılan Bazı Çalışmaları

Son dönemlerde sonuçlandıran bir çok çalışma ortaya koymuştur ki güç üretimi ihtiyaçları için rüzgar enerjisinin yüksek oranda katkısı teknik ve ekonomik olarak fizibıldır. Rüzgar enerjisi penetrasyonunun artmasına neden olan engeller teknik değildir. Engeller genellikle düzenlemeler, kurumsal uygulamalar ve piyasa değişikliklerinden kaynaklanmaktadır.  

Alman Enerji Ajansı DENA tarafından 2005 yılında yapılan “2020 yılına kadar Almanya kara ve denizlerindeki rüzgar enerjisinin şebeke entegrasyonu planlaması “ çalışması gerçekleştirildi. Bu çalışmanın sonuçlarına göre;

•    Almanya’da rüzar enerjisi 2015 yılında üretimini üçe katlayarak 77 TWh’a ulaşabileceği ve net elektrik tüketiminin %14’üne karşılık gelebileceği hesaplanmıştır. Bu hedefler için ilave rezerv veya güç istasyonu dengelemesine de ihtiyaç olmadığı belirtilmektedir.
•    Hedef için küçük bir oranda şebeke genişletilmesi gerekebilir.  850 km ekstra yüksek voltaj hatları ve 400 km güncelleştirmenin yapılacağı bu genişlemenin tahmini yatırım maliyetinin de 1.1 milyar € olacağı tahmin edilmektedir. Bu yatırımın tüketicilere maliyetinin de yıllık olarak  1€’dan az olacağı hesaplanmaktadır.

Avrupa Rüzgar Enerjisi Birliği tarafından 2005 yılında yapılan “Avrupa Güç Temininde Rüzgar Enerjisinin Büyük Ölçek Entegrasyonu” adlı çalışmada ise;

•    Mütevazı ilave maliyetlerle yüksek derecede sistem güvenliğini sürdürürken enterkonnekte Avrupa güç sisteminde  elektrik talebinin önemli bir kısmını (%20) rüzgar enerjisi ile kaşılamanın teknik olarak fizibıl olduğu,
•    Rüzgar enerjisi entegrasyonunun verimi ve ekonomisi güçlü bir şekilde kısa süreli tahminleri uygulama yeteneğine ve piyasa kurallarına bağlı olduğu, 
•    Yeni şebeke veya iyileştirmelerden gelen maliyetin 0.1 – 4.5€/MWh arasında değişeceği,
•    Temin güvenliğini sürdürmek için şebeke gereklerinin modern rüzgar teknolojisi ile  tamamen karşılanabildığı,
•    Rüzgar enerjisinin mevcut sisteme ilavesinin temin güvenliğine katkıda bulunduğu ifade edilmektedir.

Uluslararası Enerji Ajansı (IEA)’nın “Rüzgar enerjisinin Değişkenliği ve Diğer Yenilenebilirler: Yönetim Opsiyonları ve Stratejiler” adlı 2005 yılında yayınlanan raporunda ise yenilenebilir enerji kaynaklarının mevcut şebekeye önemli oranlarda entegrasyonu ile ilgi engellerin teknik olmadığı daha çok ekonomik ve düzenlemelerden kaynaklandığı belirtilmektedir. 

Rüzgar Kaynak Değerlendirmeleri

Bir çok araştırmacı ve kurum; rüzgar kaynak verileri ve rüzgar türbinlerinin verimlerine bağlı olarak yer yüzeyinin rüzgar gücü veya enerji potansiyelini ortaya koyabilmek için önemli çalışmalar yapmışlardır. Rüzgarda ihtiva edilen kinetik enerjiden teorik olarak alınabilen maksimum güç üretimi potansiyeli yaklaşık olarak  mümkün olabilecek gücün %60’ ı kadardır. Aynı zamanda günümüzde mevcut ve kullanılmakta olan en iyi yatay eksenli rüzgar türbinlerinde bu oran %50 cıvarındadır.   

Bu tip bölgesel veya küresel rüzgar kaynak bilgileri kullanılarak rüzgar enerjisinin elektriksel güç üretim potansiyeli tahmin edilebilir. Fakat tahmin edilen farklı rüzgar enerjisi potansiyelleri arasındaki ayrımı iyi yapmak gerekir. Rüzgar kaynak potansiyeli tahminleri aşağıda belirlendiği gibi 5 kategoride değerlendirilmelidir (World Energy Council, 1993);

•    Meteorolojik Potansiyel: Mümkün olan rüzgar kaynağına eşdeğer bir potansiyeldir. 
•    Saha Potansiyeli: Meteorolojik potansiyele dayanılarak ortaya konulan bir değerlendirmedir. Güç üretimi için coğrafik olarak mevcut olabilecek sahalarla sınırlandırılır. 
•    Teknik Potansiyel: Mevcut teknolojiyi de dikkate alarak saha potansiyelinden hesaplanan değerlerdir. 
•    Ekonomik Potansiyel: Ekonomik olarak gerçekleştirilebilecek teknik potansiyel olarak tanımlanır. 
•    Uygulanabilir Potansiyel: Bu potansiyel, belirli bir zaman diliminde devreye alınabilecek olan rüzgar enerjisi potansiyelini değerlendirmek için teşvik ve kısıtları da hesaba katarak elde edilir. 

Dünya rüzgar kaynakları konusunda çok fazla bir çalışma bulunmamaktadır. En detaylı çalışmalar ise Avrupa ve Amerika kıtaları için yapılmıştır. Bununla beraber yapılan az sayıdaki çalışmalardaki değerlendirmelerde Dünya rüzgar kaynaklarının son derece büyük olduğu ve bölgeler ve ülkeler arasında iyi bir dağılım gösterdiği ortaya çıkarılmıştır (Manwell ve ark., 2002). 

Dünya ölçeğinde rüzgar kaynak değerlendirmeleri için en azından ilk üç rüzgar enerjisi potansiyel kategorisi dikkate alınmalıdır. Örneğin ilk küresel rüzgar kaynak değerlendirmelerinden biri  Gustavson tarafından 1979 yılında gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada Gustavson kaynak tahminini yer yüzeyine ulaşan güneş enerjisi girdisine dayandırmıştır ve bu enerjinin ne kadarının kullanılabilir rüzgar enerjisine dönüştürüldüğü hesaplanmıştır. Küresel ölçekte Gustavson’un tahmin ettiği rüzgar enerjisi kaynağı yaklaşık 1000x1012 kWh/yıl mertebesinde olmuştur. O zamandaki küresel elektrik enerjisi tüketiminin yaklaşık 6.97x1012 kWh/yıl olduğu düşünülürse rüzgar enerjisi kaynağının büyüklüğü  daha kolay anlaşılabilir. 

Dünya Enerji Konseyi tarafından 1993 yılında kullanılan daha yeni bir çalışmada türbin verimlerini ve zamanın yüzde kaçında çalışabilecekleri de hesaba katılarak rüzgar kaynaklarının küresel tahmini yapıldı. Bu çalışmada da karasal rüzgar gücü potansiyeli yaklaşık olarak 20x1012 kWh/yıl  hesaplandı. Belirlenen bu rakam bile hala büyük bir enerji kaynağını ifade etmektedir.

Michael Grubb ve Neils Mayer’ın 1994 yılında yaptıkları “Yakıtlar ve Elektrik için Yenilenebilir Enerji Kaynakları”  adlı çalışmada Dünya’nın rüzgar enerjisi kaynakları yılda 53000 TWh elektrik üretimi yapabilecek bir kapasiteye sahip ulduğu belirtilmiştir. Bu miktar Uluslararası Enerji Ajansı’nın 2003 küresel elektrik tüketimi istatistiklerinde yayınlanan Dünya elektrik tüketiminin (13663 TWH) yaklaşık üç katıdır. 

Alman Danışma Konseyi WBGU tarafından 2003 yılında yapılan “Dünya’da Geçiş-Sürdürülebilir Enerji Sistemlerine Doğru” adlı çalışmada küresel kara ve deniz rügar kaynaklarından enerji üretimi teknik potansiyelinin yıllık 278000 TWh olduğu hesaplandı. Sürdürülebilir anlamda bu potansiyelin %10-15 arasındaki bir bölümünün gerçekleşebilecek olacağı ve uzun dönemde yıllık yaklaşık 39000 TWh’lık bir rüzgar enerjisi katkısı sağlanabileceği ortaya konuldu. Bu miktarda bir enerji 1998 yılındaki toplam Dünya birincil enerji talebinin (112000 TWH) %35’ine karşılık gelmektedir. WBGU, teknik potansiyelin hesaplanmasını 1979-1992 yıllarına ait 14 yıllık ortalama rüzgar hızlarının toplandığı meteorolojik verilere dayandırmıştır. Ayrıca enerji hesaplamalarında modern rüzgar türbinleri kullanılmıştır. Potansiyellerin belirlenmesinde yine bazı kısıtlar koymuşlardır. Örneğin tüm şehirsel alanlar, ormanlar, ıslak alanlar, doğal koruma alanları, buzlar, kumlar gibi özellikli alanlar çıkarılarak hesaplamalar yapılmıştır. Tarımsal alanlar rüzgar enerjisi için bir kısıt olarak dikkate alınmamıştır. 

2004 yılında daha yeni bir çalışma ise Stanford Üniversitesi “Küresel İklim ve Enerji” projesi araştırmacıları Dünya rüzgar kaynaklarını tahmin ettiler ve bu kaynaktan toplam küresel enerji talebini karşılayacak üretimden çok daha fazlasının yapılabileceğini ortaya koydular. Çalışmalarında Dünya çapında 7500 yüzey meteoroloji istasyonu ve 500 radyosonde istasyonunun verileri kullanılarak yer seviyesiden 80 m yükseklikteki rüzgar hızları belirlendi. Araştırmalarının sonuçlarına göre bu istasyonlardan %13’ten fazlası yıllık ortalama rüzgar hızı 6.9 m/s’den büyük değerler gösterdiği saptandı. Bu rüzgar hızı da uygun bir rüzgar enerjisi üretimi yapmak için yeterli bir hıza karşılık gelmektedir.  Çalışmada uzun dönemli değişiklikler, iklimsel etkiler, saha kullanılabilirliği ve iletim sistemi altyapısı dikkate alınmamıştır. Yapılan bu çalışma günümüzdeki rüzgar türbinleri kullanılarak elektrik üretimine dönüştürülürse potansiyel kaynağın %20’lik kısmı bile kullanılırsa rüzgar enerjisinden Dünya elektrik talebinin  yedi kat daha fazlası üretilebileceğini göstermektedir.  

Rüzgar kaynak tahminleri küresel ölçekte olduğu gibi Dünya’nın değişik bölgeleri, ülkeleri ve  lokal boyutlarda da  rüzgar enerjisi potansiyelini ortaya koyabilmek için yapılmaktadır.  1990’lı yıllardan sonra yapılan çalışmalar daha önce yapılan çalışmalardan daha gerçeğe yakın olduğu görülmektedir.      Çünkü bu çalışmalarda türbin karakteristikleri ve  kullanılamayacak alanlar (teknik ve saha potansiyeli) gibi etmenleri hesaplamalara dahil etmişlerdir. Ayrıca rüzgar ölçümleri ve modellemelere dayanan bazı potansiyel hesaplama teknikleri de bu çalışmalarda kullanılmıştır. Elliot ve ark. (1991) bu düşünceleri kullanarak ABD rüzgar enerjisi potansiyelini hesapladılar. Yaptıkları çalışmanın sonucunda rüzgar enerjisinin ABD elektrik ihtiyacının en az %20’sini temin edebileceğini ve bu enerjinin de 30 m yükseklikteki yıllık ortalama rüzgar hızlarının en az 7,3 m/s olan yerlerden karşılanacağını ortaya koydular. Bu oranda ABD elektrik talebi (yaklaşık 600 milyar kWh) ancak 47000 km2’lik alana kurulacak rüzgar türbinleri ile karşılanabilir. Bu alanların önemli bir kısmı ise ülkenin batı kısımlarında ve yerleşim bölgelerinden uzakta bulunmaktadır. Bu yüzden söz konusu kaynak alanları gerçekte ancak iletim altyapısı durumu gibi diğer faktörlerinde dikkate alınarak  düşünülmesi gerekir. 

Ülkemizde de rüzgar kaynağı ile elektrik enerjisi ihtiyaçlarının karşılanabilmesi konusunda il ve ilçe bazında yapılmış bazı çalışmalar bulunmaktadır. Bunlardan birinde “Gökçeada’nın Elektrik İhtiyaçlarının Rüzgar Enerjisi İle Karşılanması”  incelenmiştir. Yapılan çalışmanın sonucunda 10 adet 70 m’lik rüzgar türbini kullanılarak çok küçük bir sahadan Gökçeada’nın elektrik ihtiyacının %81’inin karşılanabileceği hesaplanmıştır (Tavman, 2006).

Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyeli

Rüzgar enerjisi konusunda herhangi bir yatırıma başlamadan önce yatırımın yapılacağı yerin rüzgar kaynağı özelliklerini iyi anlamak gerekir. En iyi rüzgar alan sahalar nerelerdir? İlgilenilen sahadan ne kadar enerji elde edilebilir? Rüzgar türbin performansı türbülans veya diğer rüzgar kaynak karakteristikleri tarafından etkilenecek mi? Bunlar ilk akla gelen birkaç sorudur ve cevaplandırılması gerekmektedir. Rüzgar enerjisi potansiyel atlasları bu ve benzeri soruların cevaplandırılması için başvurulması gereken en önemli kaynaklardan biridir. Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyel Atlası (REPA), Türkiye rüzgar kaynaklarının karakteristiklerini ve dağılımını belirlemek amacıyla üretilmiştir. Bu atlasta verilen detaylı rüzgar kaynağı haritaları ve diğer bilgiler rüzgar enerjisinden elektrik üretimine aday bölgelerin belirlenmesinde kullanılabilecek bir alt yapı sağlamaktadır. Rüzgar enerjisi potansiyelimiz ve bu potansiyelden elde edilebilecek elektrik enerjisi Türkiye rüzgar enerjisi potansiyeli atlasından elde edilen bilgilere dayanılarak verilecektir. 

Yıllık ortalama değerler esas alındığında, Türkiye’nin en iyi rüzgar kaynağı alanları kıyı şeritleri, yüksek bayırlar ve dağların tepesinde ya da açık alanların yakınında bulunmaktadır. Açık alan yakınlarındaki en şiddetli yıllık ortalama rüzgar hızları Türkiye’nin batı kıyıları boyunca, Marmara Denizi çevresinde ve Antakya yakınında küçük bir bölgede meydana gelmektedir. Orta şiddeteki rüzgar hızına sahip geniş bölgeler ve rüzgar gücü yoğunluğu Türkiye’nin orta kesimleri boyunca mevcuttur. Mevsimlik ortalama değerlere göre ise Türkiye çapında rüzgar kaynağı karmaşık topoğrafya ya bağlıdır. Birçok yerde, özellikle sahil boyunca ve doğudaki dağlarda kışları daha güçlü rüzgar hızları görülmektedir. Türkiye’nin orta kesimleri  boyunca çoğu yerde rüzgar hızı değerleri mevsimden mevsime nispeten sabittir. Aylık ortalama değerlere göre ise Türkiye’nin batı sahil bölgesi yanında Marmara Denizi’ni çevreleyen bölgede kış mevsimi süresince en şiddetli rüzgar hızına sahiptir. Rüzgar hızı haritaları asgari değerleri Haziran ayı süresince gösterir. Rüzgar hızları Eylül ve Ekim’de artmaya başlar ve bölgedeki azami değerler Ocak ve Şubat aylarında meydana gelir. Antakya yakınındaki güçlü rüzgar kaynağının da en kuvvetli zamanı kış aylarında, özellikle Kasım’dan Şubat’a kadar olan zamandır. Bu bölgedeki rüzgar hızları İlkbahar ve Sonbaharda azalma eğilimi gösterirken yaz aylarında biraz daha yüksek değerlere sahip olurlar. Türkiye’nin doğusundaki dağlık bölgelerdeki rüzgar hızları Şubat ayında zirveye ulaşırken Kasım’dan Mart’a kadar nispeten yüksek değerler mevcuttur (Şekil 5).

Şekil 5. Yer seviyesinden 50 m yüksekteki rüzgar hızları (EİE, 2006)

Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyel Atlası’nda yedi rüzgar güç sınıfı kullanılmıştır. Sınıflar zayıftan sıradışına doğru sıralanan rüzgar kaynak derecelerine göre tanımlanmıştır (Tablo. 4).

Tablo. 4 Rüzgar sınıfları ve özellikleri

Tablo 5-6-7-8’de verilen rüzgar enerjisi potansiyelleri, rüzgar enerjisi uygulamalarını etkileyen tüm parametrelerin çıkarılmasıyla elde edilmiş değerlerdir. Potansiyel hesaplamaları, Türkiye çapında 200 m çözünürlükte rüzgar verilerinden ve bu verilerden oluşturulmuş haritalar üzerinden yapılmıştır. Rüzgar potansiyeli hesaplamaları için kullanılan varsayımlar (hesaplamaya dahil edilmeyen alanlar) aşağıdaki gibidir.

•    Karayollarına 100 m emniyet şeridi içinde kalan alanlar 
•    Demiryolu hatlarına 100 m emniyet şeridi içinde kalan alanlar 
•    Deniz sahillerine 100 m sahil koruma şeridi içinde kalan alanlar  
•    Havaalanlarına 3 km emniyet şeridi içinde kalan alanlar 
•    Şehirsel alanlar ve 500 m emniyet şeridi içinde kalan alanlar  
•    Çevre Koruma, Milli Parklar ve Tabiat alanları ve 500 m emniyet şeridi içinde kalan alanlar  
•    50 m derinlikten fazla olan deniz alanlar 
•    Arazi eğimi %20'den büyük olan alanlar
•    Rakımı 1500 m'den fazla olan alanlar
•    Göller, nehirler, sulak alanlar ve baraj gölleri alanları 
•    Belirli orman tiplerine sahip alanlar ( Koru Ormanları , Ağaçlandırma Alanları, Özel Ormanlar, Fidanlıklar, Sazlık ve Bataklık alanlar,  Muhafaza Ormanları, Arboratum)
•    Yıllık rüzgar hızı ortalamasının 6.5 m/s ‘den düşük alanlar

Bu kritelerin dışında, temin edilemeyen altlık haritalar (maden sahaları, petrol doğal-gaz boru hatları, askeri sahalar, özel mülkiyet, turizm bölgeleri, kar örtüsü, vb.) ve öngörülemeyen diğer kriterlerin olduğu da bilinmektedir. Bu nedenle rüzgar santralı kurmaya elverişli olamayacak alanlar belirli yerlerde belirli oranlarda artırılmıştır. Bu nedenle REPA görüntüleme yazılımı geliştirilmiş ve bu yazılımda kullanılamayacak alan hesabı parametrik olarak sunulmuştur. Altlık haritalar temin edildikçe yazılıma eklenebilecek ve alan hesabı güncellenebilecektir.

Türkiye toplam yüzölçümünden bu alanlar çıkarıldıktan sonra rüzgar potansiyeli iki ayrı senaryo kapsamında incelenmiştir. 50 m yükseklikte rüzgar güç yoğunluğu 400 W/m2'den ve rüzgar hızı 7.5 m/s'den büyük alanlar ve 50 m yükseklikte rüzgar güç yoğunluğu 300 W/m2'den ve rüzgar hızı 6.5 m/s'den büyük alanlarda kilometrekare başına 5MW kurulabileceği varsayımı kullanılarak rüzgar potansiyeli hesaplamaları yapılmıştır.

REPA çalışmalarında rüzgar enerjisi potansiyeli hesaplamalarını yaparken 20’nin üzerinde altlık harita kullanılmıştır. Bu haritalar aşağıda listelenmiştir. Bu haritaları; 

•    Arazi pürüzlülüğü
•    Topoğrafya ve yükseklik
•    Deniz derinlikleri
•    Arazi eğimi
•    Yerleşim birimleri
•    Yerleşim alanları
•    Göller
•    Nehirler
•    Sulak alanlar
•    Limanlar
•    Trafo merkezleri
•    Enerji nakil hatları
•    Enerji santralları
•    Deprem fay zonları
•    Arazi kullanım şekli
•    RES başvurularının yerleri
•    Ormanlar
•    Çevre koruma alanları
•    Kuş göç yolları
•    Kara-demir-hava yolları gibi sıralanabilir.

REPA ile tüm Türkiye ve komşu ülkelerin önemli bir kısmının rüzgar kaynak bilgilerine 200x200 m çözünürlükte erişmek imkanı bulunmaktadır. Bu bilgiler aşağıdaki gibi sıralanabilir.

•    30, 50, 70 ve 100 m yüksekliklerdeki yıllık, mevsimlik, aylık ve günlük rüzgar hız ortalamaları,
•    50 ve 100 m yüksekliklerdeki yıllık, mevsimlik ve aylık rüzgar güç yoğunlukları,
•    50 m yükseklikteki yıllık kapasite faktörü,
•    50 m yükseklikteki yıllık rüzgar sınıfları,
•    2 ve 50 m yüksekliklerdeki aylık sıcaklık değerleri,
•    Pürüzlülük değerleri
•    Deniz seviyesinde ve 50 m yüksekliklerdeki aylık basınç değerleri
•    Rüzgar gülleri, Weibull parametreleri ve dağılımları, istenilen bir nokta veya alanın enerji üretim değerleri, potansiyellri, v.b. 

REPA ile denizlerimizde, kıyılarımızda ve yüksek rakımlı bölgelerimizde daha önce ölçemediğimiz yüksek yoğunluklu potansiyeller görünür hale gelmiştir. REPA, Türkiye rüzgar kaynak bilgilerini 3-boyutlu bir şekilde görmemize imkan tanımıştır. Zaman, yer ve yükseklikle rüzgar kaynak bilgilerinin değişimi görülebilmektedir (Şekil 6).

Şekil 6. REPA’nın 3-boyutlu görünümü (EİE, 2006)

Türkiye rüzgar eneriji potansiyeli, belirlenmiş kriterlerin ışığında rüzgar sınıfı iyi ile sıradışı arasında 47,849.44 MW olarak belirlenmiştir. Bu araziler Türkiye toplamının %1.30’una denk gelmektedir. Orta ile sıradışı arası rüzgar sınıfına ait rüzgarlı arazilere bakıldığında ise 131,756.40 MW’lık rüzgar enerjisi potansiyelini bulunduğu ve toplam rüzgarlı arazinin alanının ise Türkiye’nin %3.57 ’si olduğu görülmüştür. 50m derinlik içerisinde kalan deniz alanlarının potansiyeline bakıldığında ise iyi ile sıradışı arası rüzgar sınıfına ait rüzgarlı alanların 10,463.28 MW rüzgar enerjisi potansiyelini desteklediği,  orta ile sıradışı arasında ise 17,393.20 MW’ı desteklediği hesaplanmıştır. İyi- sıradışı arası rüzgar sınıfına ait karasal rüzgarlı arazilerin  37,386.16 MW rüzgar potansiyeli, orta-sıradışı arasında ise 114,363.20 MW’lık karasal rüzgar potansiyeli olduğu deniz potansiyellerinin toplam potansiyellerden çıkarılması ile elde edilebilir.

Tablo 5. Türkiye - İyi-Sıradışı Arası Rüzgar Kaynağı 50m

Tablo 6. Türkiye –Orta-Sıradışı Arası Rüzgar Kaynağı 50 m 

Denizelerde 50 m derinlik içerisinde kalan deniz alanlarının potansiyeline bakıldığında ise iyi ile sıradışı arası rüzgar sınıfına ait rüzgarlı arazilerin 10,463.28 MW rüzgar enerjisi potansiyelini desteklediği,  orta ile sıradışı arasında ise 17,393.20 MW’ı desteklediği hesaplanmıştır.

Tablo 7. Türkiye 50 m Derinliğe Kadar Denizler - İyi-Sıradışı Arası Rüzgar Kaynağı 50m

Tablo 8. Türkiye 50 m Derinliğe Kadar Denizler - Orta-Sıradışı Arası Rüzgar Kaynağı 50m

REPA’nın Geliştirilmesinde Kullanılan Yöntem

Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyel Atlası, coğrafi bilgi sistemi yazılımları, yazılım geliştirme araçları, nümerik hava analiz modelleri kullanılarak hazırlanmıştır (Şekil 7). Haritalama işlemlerinde coğrafi bilgi sistemleri ürünleri kullanılmıştır.  Ancak, hazır ticari yazılım olarak mevcut olan ürünler, rüzgar verisinin işlenmesi ve analiz edilmesi gibi özel işlevler gerektiren bir uygulama için yetersiz kalmaktadır.  Bu sebeple, yapılan çalışmada coğrafi bilgi sistemi temel özelliklerinin yanısıra, özel bir uygulama yazılımı geliştirilerek, rüzgar kaynağı verilerinin işlenmesine, sorgulanmasına ve analiz edilmesine de imkan sağlanmıştır. Model sonuçları gerçek ölçümlerle kontrol edilerek istenilen doğruluk seviyesinde ürünler üretilmiştir. Model sonuçları bir yazılım haline getirilmiştir (Şekil 8-9) ve WEB ortamından kullanıcılara açılmıştır (Şekil 10).

Şekil 7. REPA geliştirme mimamrisi (Malkoç,2007)

Şekil 8. REPA Yazılımı (EİE, 2006)

Şekil 9. REPA Yazılımı (EİE, 2006)

Şekil 10. REPA_WEB Uygulaması (EİE, 2006)

Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyelinden Üretilebilecek Elektrik Enerjisi

Türkiye iyi-sıradışı rüzgar sınıfına giren aralıkta rüzgarlı alanların potansiyeli yaklaşık 48000 MW’lık rüzgar kurulu gücü destekleyebileceği hesaplanmıştır. Rüzgar enerjisi potansiyelini ortaya koyarken daha önce belirtilen bir çok parametre kullanılmıştır. Fakat bu hesaplamada elektriksel altyapı dikkate alınmamıştır. Eğer elektriksel altyapı ve uygulamalar bu miktarda rüzgar enerjisini kaldırabilecek şekilde düzenlenirse Türkiye çapında böylesine büyük bir yerli potansiyelden yararlanma imkanı doğacaktır. Bu miktardaki bir rüzgar enerjisi potansiyeli en güvenli tarafta kalınarak elektrik enerjisine dönüştürülürse yıllık 147 Milyar kWh enerji üretilebilir. Hesaplamada 50 m yükseklikteki rüzgar hızları, %35’lik kapasite faktörü, yıllık ortalama rüzgar hızının 7 m/s ve üzerindeki kullanılabilir alanlar ve km2 başına 5 MW’lık bir güç kurulabileceği gibi güvenli yaklaşımlar kabul edilerek yapılmıştır.  Rüzgar enerjisi uygulaması amaçlı kullanılamayacak tüm alanlar bu hesaplamadan çıkarılmış ve dikkate alınmamıştır. 

Ülkemizin 2005 yılı yıllık elektrik enerjisi tüketiminin yakalaşık 160 Miyar kWh olduğu dikkate alınırsa rüzgar kaynaklarımızdan üretilebilecek enerjinin de bu tüketimle hemen hemen aynı olması büyük bir şanstır. Ülkemiz elektrik üretiminde önemli oranlarda ithal kaynaklara bağlı olduğu bilinmektedir. Rüzgar potansiyelinin değerlendirilecek her kWh’ı yurt dışına çıkacak gelirlerimizin yurt içinde kalmasına neden olacaktır ve kaynak bekleyen diğer sorunlarımızın çözümüne aktarılabilecektir.


Sonuç ve Öneriler

Her ne şekilde düşünülürse düşünülsün rüzgar enerjisi ülkemizin en önelmi enerji kaynaklarından biridir. Çok iyi rüzgar kaynak alanlarında yer alan bu potansiyel özellikle Marmara, Ege ve Akdeniz Bölgelerimizde yoğunlaşmaktadır. Bu özelliği ile de rüzgar enerjisi avantajlı bir coğrafik dağılım sergilemektedir. Yapılması gereken bu doğal ve temiz enerji kaynağımızı sonuna kadar kullanabilecek yönetimsel, teknik ve altyapı düzenlemelerini bir an önce yerine getirmektir. 

Bu amaçlarla ülkemiz rüzgar enerjisi sektörünün umut edilen başarıyı sağlayabilmesi için yapılmasında yarar görülen bazı öneriler şu şekilde sıralanabilir;

•    Proje geliştiren firmalar finansman temin etmekte zorlanmaktadırlar. Bu durum büyük oranda özellikle standartlara uygun ölçümlerin ve fizibilite çalışmalarının yapılmaması sonucunda ortaya çıkmaktadır. Rüzgar enerjisi uygulamalarında standart ölçümler zorunlu hale getirilmeli, ölçüm ve fizibilite hazırlama konularında uluslar arası finansörlerce kabul edilen kurumlardan yetkili özel şirketler yaygınlaşmalıdır.
•    Rüzgar ölçüm cihazlarının ülkemizde üretilmesi için gerekli adımlar bir an önce atılmalıdır. Rüzgar ölçümleri ve analizlerinin yetkili kurumlara onaylatılması için önemli meblalarda doviz yurt dışına çıkmaktadır.
•    Rüzgar enerjisi ile ilgili konularının detaylı bir şeklide incelendiği (ölçüm, fizibilite hazırlama, kanat ve türbin testleri v.b.) standartlara uygun bir rüzgar enerjisi laboratuvarı kamu sektöründe kurulmalıdır. Rüzgar enerjisi bu laboratuarla birlikte kamu tarafında sahipli bir hale getirilmelidir.   
•    Rüzgar enerjisi uygulamaları için imar ve izin işlemleri uzun süre almaktadır ve çok karmaşık bir yapı srgilemektedir. Bu yapı daha sade hale getirilmelidir.
•    Lisans almış şirketlerin yatırıma geçebilmesi için ucuz krediler temin edilmelidir. 
•    Güç sistemindeki alt yapı yetersizlikleri giderilmeli veya iyileştirilmelidir. Uygulanmakta olan kısıtlar ve düzenlemeler modern yöntemlerle tekrar gözden geçirilmeli ve  yeniden yapılandırılmalıdır. 
•    Aşırı talep nedeniyle türbin tedarikinde sorunlar yaşanmaktadır ve fiyat artışları olmaktadır. Bu nedenle yerli rüzgar türbini üretimi teşvik edilmeli ve rüzgar enerjisi sanayi geliştirilmelidir. Bu şekilde rüzgar enerjisinin istihdam yaratma özelliğinden de faydalanma imkanı doğar.
•    Lisanslama işlemi yeniden gözden geçirilmeli ve rüzgar enerjisi konusunda yeni lisans türleri tanımlanmalıdır. Özellikle rüzgar enerjisinin diğer enerji kaynaklarıyla hibrit olabilme özelliğinin önü açılmalıdır. 

Yararlanılan Kaynaklar
1.    Ackerman, T., Wind Power in Power Systems, 2005, Wiley 
2.    Manwell, J. F., McGovan, J. G., ve Rogers, A. L., 2002, Wind Energy Explained, John Wiley and Sons Ltd.
3.    Seigfried, H., Wind Energy Conversion Systems, 2006, Wiley
4.    Tavman, İ. H., Gökçeada’nın Elektrik Enerjisi İhtiyacının Rüzgar Enerjisi ile Karşılanması, Türkiye 10. Enerji Kongresi, 2006, DEKTMK
5.    Malkoç, Y., Yeni Türkiye Rüzgar Enerjisi Atlası, 2007, Biyoyakıt Dergisi
6.    GWEC, Global Wind Energy Outlook 2006
7.    IEA, Uluslar arası Enerji Ajansı İstatistikleri,2006 
8.    ISET, Almanya Yenilenebilir Enerji Kaynakları Enstitüsü, 2006
9.    EİE, EİE İdaresi Genel Müdürlüğü, Rüzgar Enerjisi Potansiyel Atlası, 2006
10.    Cristina L. Archer ve Mark Z. Jacobson, Evaluation of Global Wind Power, 2004, Department of Civil and Environmental Engineering, Stanford University, Stanford, CA
11.     Gutavson, Global wind Energy Potential, 1979
12.    Elliot, USA Wind Atlas, 1991
13.    WEC, World Energy Council, Wind Power Classification, 1993, 2003, 2005
14.    Elektric Power Systems Royal Institute Technology, Wind Energy Development, 2007
15.    DENA, Alman Enerji Ajansı, 2020 Alman Rüzgar Enerjisi Planlaması, 2005
16.    Michael, G. ve Neils, M., Yakıtlar ve Elektrik için Yenilenebilir Enerji Kaynakları, 1994
17.    Alman Danışma Konseyi WBGU, Dünya’da Geçiş-Sürdürülebilir Enerji Sistemlerine Doğru, 2003
18.    WindPower Monthly, Wind Energy Costs, Ocak 2006
19.    Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu, Lisnas Bilgileri, 2007
20.    TUREB, Türkiye Rüzgar Enerjisi Birliği, Lisans Bilgileri, 2007
21.    ExternE Projesi, 2002