Su ve Rüzgar Gücü

Yel değirmenleri ve su çarkları

(1) en eski güç elde etme biçimle rinden ikisidir. Su çarkı M Ö. 70 te tahıl öğütmek amacıyla Roma’da, yel değirmeni ise ilk kez M.S. 644 yılında İran’da kullanılmıştır. Günümüzde hidroelektrik türbin biçimini alan su çarkı daha önemlidir. Ancak, güç kaynağı olarak rüz gardan yararlanma düşüncesi de yeniden canlanma belirtileri göstermektedir.
Su Çarklarından Su Türbinlerine

Bir su çarkı yada türbin, akar sudaki enerjiyi dönme hareketine çevirir (3). İlk su çarkları alttan su alma ilkesine göre çalışırlardı, yani çarkın alt yarısı akarsuyun içine batırılmış olurdu (1). Bunlarda verim ancak yüzde 30’du. Akarsuyun çarkın üstüne doğru yöneltildiği üstten su alan çarklarda ise verim yüzde 70-90 arasında değişir. Bu oran, bugünkü türbinlerin ve rimine yakındır.

XIX. yüzyılın ikinci yarısında su çarklarının yerini türbinler al dı.-Türbin türleri üç ana bölümde toplanabilir: etki türbinleri, tepki türbinleri ve dik türbinler (4). Etki türbinlerinde basınç gereklidir. Yüksekten düşen su, bir memeden
geçirilip hızla püskürtülerek çarkın çevresindeki kanatlara vurdurulur. Tepki türbini de hızla fışkıran su ilkesiyle, çimen sulama aygıtı gibi çalışır Dik türbinde ise, geniş çaplı bir kanal içinde yüksekliği ayarlanabilen bir pervane bulunur.

Hidroelektrik Sistemleri ve Gelgitten Sağlanan Güç

Su türbinlerinin çoğu, dağlık bölgelerdeki barajların boşalma su-yuyla çalışır. Bu türbinler elektrik jeneratörlerini çalıştırır. Dağlık ülkelerde bu sistemle çevre kirliliğine neden olmayan, ucuz güç elde edilebilir. Amerika Birleşik Devletle-ri’nde büyük enerji kavnakları sıralamasında dördüncü durumda olan hidroelektrik, İngiltere’nin sadece Kuzey İskoçya bölgesinde önem taşır. Türbin gücünün önem-‘i bir bölümü halen dokunulmamış bir şekilde durmaktadır: örneğin, Kanada’daki Fraser nehrinden 8700 MVV’lık elektrik gücü elde edilebilir; aynı şekilde, Hindistan’da Brah-maoutra’dan 20000 MW; SSCB’de 11000 MVV’lık bir bölümü halen kullanılmakta olan Yenisey-Angara havzasından daha 53000 MW lık elektrik elde edilebilir.

Su türbinleri aynı zamanda gel
git olayı sonucu düşen sulardan yararlanarak da güç üretebilirler (2). Bu tür bir türbinin en iyi örneği, kuzey Fransa’da St. Malo körfezindeki Rance nehri ağzında kurulmuş güç santralıdır. Gelgit olayının neden olduğu yükselip alçalmanın düzeni, yerine göre değişir. Sözgelimi, Tahiti’de 2 sm iken Kanada’nın doğusunda Fundy körfezinde olduğu gibi 15 m’ye de çıkabilir. Ne var ki, bu tür santrallerin kurulması için ancak bu üst sınıra yakın yüksekliğe ulaşan gelgit uygun olabilir. O zaman bile, bu tür santrallarm ekonomik oldukları kolayca kanıtlanamaz.

Ne yazık ki, gelgit zamanlan elektrik talebinin doruğuna ulaştığı an’a çakışmayabilir. Bir gelgit güç santralı tam gücüne ancak gece yarısı, yani elektrik harcamasının en az olduğu zamanda ulaşabilir. Bu sorunu ortadan kaldırmanın bir yolu, geleit havuzunu iki bölüme ayırmaktır: büyük ve orta yükselmelerde dolacak bir yüksek havuz, bir de küçük ve orta yükselmelerde boşalacak bir alçak havuz. Böyle bir düzenle sürekli olarak düzey farklılığı korunmuş olur.

Başka bir seçenek de, yüksek havuzu pompalı depo olarak kullanmaktır (4). Pompalı sistemde öteki santrallarm elektrik enerjisi
1) Su çarkları, suyu 1

üstten [A] ve alttan |B) almalarına göre iki türe ayrılır. Üstten alan türde, hızla akan su, çarkın üzerinden dökülür ve cark öne doğru döner. Suyu alttan alan çarklarda, cark kanatları suyun içindedir ve akar su çarkı periye döndürür Her iki tip çarkta da akarsudaki enerü dönme gücüne dönüşür. Bu aüc. tahıl öğütücülerden pompalara kadar, çeşitli makina-larda kullanılabilir.

Su gücü bir dinamoya yada alternatöre bağlı bir cark ile elektrik üretmede de kullanılabilir. Su çarkları hemen hemen sessiz sayılabilecek çevre kirliliğine neden olmayan araçlardır.
2) Açık deniz dalgaları, büyük ancak şimdilik dokunulmamış enerji kaynaklarıdır. Dalgalanma sırasında su kütlesi yanlara doğru değil yalnızca aşağı yukarı doğru hareket eder Bir havuzda yüzen bir mantar yada herhangi hatif birşey izlendiğinde bu hareket görülebilir. Dalgacıklar geçtiğinde mantar yerini değiştirmeden, olduğu yerde iner çıkar Burada görülen duba grubu dalga gücünü kullanarak elektrik üretmek üzere planlanmıştır. Sözkonu su yapı 300 m uzunluğunda. yani bir süper tanker boyundadır. Salların hareketi pompaları, pompalardan gelen su da elektrik jeneratörlerine bağlı türbinleri çalıştırır

izlası, alçak havuzdan yükseğine uyu pompalamakta kullanılır, .lektrik talebi arttığında, su gene şağı akıtılarak herhangi bir hidro-lektrik santralında olduğu gibi lektrik üretilir. Bu sistem gerçek nlamda bir elektrik jeneratörü delilse de, büyük miktarda güç de-:olamavı sağlar.
lüzgar Gücünün Kullanılması

Elektrik üretiminde rüzgardan ararlanma, su kadar başarılı ol-namıştır. Kuramsal olarak varlığı »ilinen büyük güçten (örneğin İn-:iltere sahip olduğu rüzgar gücü-tün bir bölümünü bile kullanabilse üm elektrik gereksemesini karşıla-abilecek duruma gelebilir) ekono-nik bir biçimde yararlanma sorulu şimdilik çözülebilmiş değildir.

Bir yeldeğirmeninin gücü, rüzgar hızının küpü ve kanatların ta-‘adığı alanla doğru orantılıdır. Ulaşılabilecek en fazla verim yüzde 59 lur, ama uygulamada makinalar-ian elde edilecek verim yüzde 45 n üstüne çıkamamaktadır. Yapılan tahminlere göre rüzgar gücü ile siektrik elde etme yöntemi, nükleer şüç ile ancak ortalama rüzgar hızının 32 km/saat’i aştığı kısıtlı sa-
yıdaki birkaç yerde yarışabilir. Ancak, böyle yerler az olduğu için (İngiltere adalarında 30 tane saptanmıştır) rüzgar gücünün toplam elektrik gereksemesinin yüzde birinden fazlasını karşılayabileceği sanılmamak tadır.

Bu nedenle, deniz dalgalarında depolanmış rüzgar gücünün kullanılmasına daha çok ilgi gösterilmektedir (2). Okyanus yüzeyi boyunca esen rüzgar, güçlü dalgalar oluşturur ve güç kaynağı kullanılabilir. Edinburg Üniversitesi’nde S.

H. Şalter tarafından yapılmış olan en umut verici tasarımda, dalgalar gelip geçtikçe iki vana sallanan bir vüzer seren kullanılmıştır. Bu seren, bir sıvıyı sıkıştıran pompaları çalıştırır. Sözkonusu sıvı, daha son ra elektrik üretmek üzere türbinlere yollanıp genleştirilir.

Yararlanılabilecek dalga gücü çok büyük miktarlara ulaşır. İngiltere’de kıyı boyunca metrede 8C* KW’yi bulur. Bütün İngiltere çevre sularından 120000 MW’lık güç elde edilebilir. Bu sayı 1975’te görülen yüksek talebin üç katıdır. Ayrıca, bu sistemle elde edilecek güç kış mevsiminde, yani talebin en fazla olduğu zamanlarda daha çoktur. Ancak, bu büyüklükte serenlerin yapılması ve korunması büyük sorunlar yaratmaktadır.
ayrıca bak: 96 Yelkenli gemiler 182 Baraj yapımı
100 Kayaklı gemi ve 68 Yakıt ve enerji
Hoverkraft tasarrufu

Yel değirmenleri yüzyıllar boyu, rüzgardan güc elde etmek için kullanılmıştır. Önceleri bu güc. tahıl öğütmekte kullanılırdı Sonraları yel değirmenleri pompalamada, özellikle Hollanda’da.

Doğu İngiltere’de alçak düzeylerden su birikintilerini boşaltmada kullanıldı. İlk yel değirmenlerinin bazılarında, branda yelken kullanıldı. Sonraları, burada oörülen başlıklı değirmende olduğu gibi, kaplama tahta yelkenler geliştirildi. Yelkenler, hep rüzgara yönelecek biçimde değirmenin tepesindeki başlıkla birlikte dönüyordu. Direkli değirmende, bütün yapı, merkezdeki bir desteğe takılıdır ve rüzgarı karşılamak üzere tümüyle döner.
mış su artar. Üc tip türbin yaygın olarak kullanılmaktadır. Francis teaki türbininde fB] suyu belli bir eğimle karşılayabilecek şekilde ayarlanabilen snbit kanatlar vardır. Türbindeki su aşağıya doğru akarak türbin-
neratöre elektrik verilerek motor gibi çalışması sağlanır. Türbin supabı [51 kaoanır ve pompa supabı [61 suyu aene baraja pompalamak üzere açılır. Böylece hidroelektrik üretim için kullanılacak depolan-
den çıkar Pelton çarkı yada etki türbininde fCl su. bir memeden fışkırarak çarkın kova seklindeki kanatlarına çarpar. Suyun akış yönü tersine döner. Kaplan türbinindeki [Dİ kanatlar, gemi pervanesine benzer.
jeneratörünü (21 çalıştırır. Merkezkaç pompaları [31 birleştiril-mezse makina normal bir hidroelektrik jeneratörü gibi çalışır. Ama dişlilerle [4J birleştirildiğinde su türbini pompayı işleme hızına çıkartır. Sonra da, je-
4) Pompalı deposu

olan hidroelektrik sistemlerde [Al, talebin fazla olduğu zamanlarda elektrik üreten, az olduğu zamanlarda ise suyu baraj gerisine pompalayan türbinler kullanılır. Tepki türbini fi 1 bir elekr ik

İnsanın kullandığı enerjinin çoğu dolaylı olarak güneşten elde edilmektedir. Çok eski bitki ve hayvan kalıntılarında güneş enerjisinin depolanmış olduğu yada güneşin denizden buharlaştırdığı suyun yağmur olarak tekrar yeryüzüne düşüp su gücü sağladığı gözönüne getirilirse kömür, petrol ve hidroelektrik, güneş enerjisinin birer biçimi olarak düşünülebilir. Bununla birlikte, günümüzde güneş enerjisini doğrudan kullanmayı amaçlayan çalışmalar yapılmaktadır. Kömür ve petrolün oluşması milyonlarca yıl sürer, hidroelektrik enerji ise büyük ölçüde kullanılmış durumdadır.
Güneş Enerjisini Toplama

Güneş enerjisini toplamanın çok çeşitli yolları vardır. Bu ener-ii, uzayda bir uydu aracılığıyla toplanıp yeryüzüne yoğun bir ışın halinde aktarılabilir. Yada daha basit bir yöntemle, enerji yeryüzüne vardığında tersine çalışan sıcak su radyatörleri aracılığıyla toplanabilir. Bu toplayıcılar evleri ısıtmada kullanılabilir. Güneş enerjisi ayrıca uydularda kullanılanlara benzer güneş pilleriyle doğrudan düşük verimde elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Bir başka seçenek de. da
ha sonra ya doğrudan yakıt olarak kullanılabilen yada kimyasal değişim veya mikroorganizmalarla sıvı yakıt biçimine dönüştürülebilen bitkilerin yetiştirilmesi yoluyla toplanmasıdır. Son olarak, denizlerde birikmiş olan ısı da enerji sağlamada kullanılabilir. Burada uygulanacak yöntem, güneş ışınlarına açık sıcak su yüzeyiyle, soğuk derin sular arasındaki sıcaklık farkından yararlanmak olacaktır.
Sistemlerin Karşılaştırılması

Yukarda sözü edilen olasılıklar arasında şimdiye kadar sadece ba sit güneş enerjisi toplayıcıları kullanılmıştır. Bu toplayıcılar, çoğunlukla bir yapının damına, güneş ışınlarını en çok alabilecekleri açıda yerleştirilmiş levhalardan oluşmaktadır. Levhaların içine su pompalanır ve su buradan geçerken ısınır. Pompa bir hassas aygıtla denetlenerek, levhanın sıcaklığı su tankının sıcaklığını birkaç derece aşınca çalışması sağlanır. Ne var ki, özellikle İngiltere gibi kuzey ülkelerinde hava her zaman güneşli olmaz. Buna karşın, iyi bir güneş toplayıcısı projesiyle su ve ev ısıtma masraflarının yan yarıya azaltılabileceği hesaplanmıştır. Ne
var ki, sıcak ülkelerde bu toplayıcılar çok daha yararlı olur. İsrail’de geniş ölçüde bu tür toplayıcılardan yararlanılmaktadır.

Güneş enerjisini doğrudan elektriğe dönüştüren sistemler kullanışlı değildir. Uzay araçlarında kullanılan güneş pillerinin maliyeti çok yüksektir ve bu pillerin çevrim etkinliği yalnızca yüzde on yada daha azdır. İlke olarak bir evin damını güneş pilleriyle (3) kaplayarak elektrik elde etmek olanaklıdır. Ancak bu, ucuz güneş pillerinin üretilmesiyle olanaklıdır Günümüzde bu pillerin metrekaresi 200 dolardan fazlaya malolmaktadır.

Güneş enerjisini toplamada bir başka yöntem de, içinde erimiş sodyum ve potasyum karışımı olan saydam borular kullanmaktır. Karışım, güneş ışınlarını yansıtıcılar aracılığıyla borular üzerinde yoğunlaştırarak suyun kaynama noktasının cok üzerinde bir sıcaklıkla ısıtıla-bilir. Sıcak madenden daha sonra bir ısı değiştiricide buhar elde edilerek, elektrik enerjisi üretilir. Çölde gerçekleştirilecek böyle bir plan geniş arazi gerektirir (her 1000 MW elektrik için 50 ile 200 km2 arasında) ve ancak 1980’lerde kârlı olabilir.

Başka bir olasılık da okyanusların sıcak yüzey suları ile soğuk
1) Güneş fırını, sü-

nesten gelen ısı ve ışığı mercek ve aynalarla odaklayarak güneş enerjisinden yararlanır Fransa’da Mont Louis’de yapılmış olan bu fırın, 3000°C’ye kadar ısınır ve madenleri eritmede kullanılır. Bütünüyle temiz olan ısı. bir kazanda yoğunlaştırılarak evleri ısıtmada vada elektrik üreten türtrnleri çalıştırmada kullanılacak buhar elde edilebilir. Düz aynalardan oluşan kümeler genellikle otomatik olarak güneş ışığına doğru dönerek bu ısınları sabit bir fırın aynasına yansıtacak biçimde yerleştirilir. Hel-yostat adı verilen bir tür avna da, aünes ısınlarını belli bir noktaya toplar. Bu ayna, bir elektrik motoruyla bir saatte tam 15 derece döndürülür. Ayrıca1 helvostat aynasının acısı. ışığın azalmasını saptayan bir ısık Diliyle yada ısının düşmesini saotavan bir termokuolla ayarlanabilir
21 Bir tür güneş pilinde güneş ısısı, arkasında varı iletken bir sıcaklık pili fbir seri p-n bağlantısı) olan vüzeve odaklanarak, ısı elektriğe dönüştürülür.

3) Burada görülen

aünes ışığı toplayıcıları. ev ve sıcak su ısıtmak için kullanılmaktadır Düz levha biçimindeki toplayıcılar, madenden yapılmış ve siyaha boyanmıştır. Isı. arkalarında dolasan hava yada suya iletilir.

sönmüs yanardağların bulunduğu bölgelerde ortaya çıkar. İzlanda. Yeni Zelanda bu böl-
geler arasındadır. Sıcak suyu enerji elde etmek ¡cin kullanmak olanaklıdır.
ayriCa bak. gu ve rûzcıar gücü 62 Petrol ve doğal gaz

5H Nükleer “üc 66 Yakıt ve enerji

60 Kömür: Üretimi ve tasarrufu kullanımı
Gayzerler yerkabuğun-

dan buhar yada cok sıcak su fışkırtırlar. Bunlar etkin yada yeni
1 Gunes enerıisKtoployıcısı (6×2.5 km)

2 Gunes Dilleri

3 Avnalar

4 Tronsmısvon hattı

5 Kontrol ıstosvonu

6 Mıkrodolgo
4) Güneş enerjisinin

vörüngesel toplayıcısı, bir dizi tek silikon kristalinden oluşan güneş pillerini elektrik elde etmede kul ianır. Dönen eklem yeri toplama levhasını transmisyon hattına bağlar. Isı buradan kontrol istasyonuna ve mikrodalga antenine iletilir. İstasyonda elektrik gücü, mikrodalga radyo sinyallerine dönüşür. Bu dalgalar daha sonra yer-vüzündeki bir alıcı antene yöneltilebilir.
6) Bu örnekte görüldüğü gibi, yapay sıcak su kaynaklarından yararlanmak mümkündür. A.B.D.‘de Los Alamos bölgesinde yeralan deneyler, bu amaca yöneliktir. Doğal bir boşlukta yüzlerce metre derinliği bulan kuyular açılmakta ve sıcaklıöı 300 dereceye kadar yükselen kayalar üzerine su pompalanmaktadır. Isınan su. ikinci bir kuyudan yeryüzüne çıkar. Burada tıpkı araba radyatörüne benzeyen bir ısı de-öistiricide suyun sıcaklığı üstüne Düskür-tülen havaya geçer
5) Jeotermal enerji

(yer altındaki kayaların ısısı) yer altında doğal olarak toplanan suların ısınmasına yolacar. Suyu elde etmek için acılan derin kuyulardan sanayide ve evlerde kullanılacak sıcak su çıkar. Jeotermal bir bölgede kurulmuş bir kentin ısınma gereksemesinin coğu yer altında bulunan sıcak su aracılığıyla karşılanabilir. İskandinavya, Sovyetler Birliği ve A.B.D.’de bu konuda deneyler yapılmaktadır.
Yeryüzündeki Enerji

Yanardağ çatlamaları dünyanın içinde büyük ölçüde enerjinin saklı olduğunu kanıtlar. Bir zamanlar eski eriyik dünyanın kalıntısı olduğu sanılan jeotermal ısının, şimdi dünyanın çekirdeğinde bulunan radyoaktif maddelerin yavaş yavaş çürümesiyle ortaya çıktığına inanılmaktadır.

Bu ısı ya yanardağ yada gayzer ve sıcak su kaynakları biçiminde yerkabuğunun bazı yerlerinden dışarı çıkar. Jeotermal ısıdan (5) yararlanmak üzere iki girişim İtalya’nın Larderello kentinde yapılmıştır. Burada ortaya çıkan doğal buhar, 390 MVV’hk elektrik üretiminde kullanılmaktadır. Öteki jeotermal tesisler İzlanda, Japonya, Yeni Zelan
derin sulardaki sıcaklık farkından yararlanmaktır. Okyanus suyunun dolaşımı sınırlıdır, bunun anlamı vüzey sularıyla derin sular arasında her zaman 15°C’lık sıcaklık farkının varolmasıdır. Bu farkı kullanarak, denizlerde birikmiş olan büyük miktardaki güneş enerjisi kullanılabilir. Ne var ki, böyle bir uygulamadan elde edilecek verim ancak yüzde beştir.
da, Sovyetler Birliği ve A.B.D. olarak belirtilebilir. A.B.D. de San Francisco’nun 145 km kuzeydoğusunda bulunan sıcak su kaynaklarından 302 MW’Uk elektrik üretilebilmektedir.

Sıcak suyun yada buharın doğal olarak bulunduğu yerlerin sayısı sınırlıdır Yerkabuğunun herhangi bir yerinde açılacak bir delikte, derinlere gidildikçe sıcaklık artar, ancak sıcaklık artış oranı çok değişir. Bu artış hızının yüksek olduğu yerlerden ısı elde etmek olanaklıdır. Bu durumda, bir delik açıp dipteki kayalar parçalanır ve aşağı su akıtılırsa, böylece oluşacak olan buhar aracılığıyla elektrik üretilebilir. Bu tür projelerin verimliliğini araştıran deneyler, New Mexico’daki Los Alamos Bilimsel labora tu varında sürdürülmektedir (6). Bu deneylerden olumlu sonuç alınırsa yararlanılabilecek enerji stoku çok büyük olacaktır. Yüzey kayalarından birkaç yüz derece da ha sıcak olan yeraltı kayalarının yaklaşık 520 km3’ünde hemen hemen dünyanın bir yılda kullandığı kadar enerji vardır. Bu enerjinin sadece küçük bir bölümü bile çı-karılabilse dünya, çevre kirlenmesine yol açmayan, jeotermal güç santrallarının ürettiği büyük miktarda güce kavuşacaktır