Açık deniz rüzgar çiftlikleri birbirlerinin rüzgarını nasıl çalıyor ve ne işe yarayabilir?

Kuzey Denizi'ndeki modern rüzgar çiftlikleri devasa büyüklükte. Örneğin, İngiltere'nin doğu kıyılarındaki "London Array", bahçe yatağındaki kuşkonmazlar gibi sıralanmış 175 rüzgar türbinine ev sahipliği yapıyor. Diğer sınır ülkelerinde faaliyet gösteren şirketler de denize yüzlerce türbin kurdu. Hepsinin amacı rüzgardan yararlanıp elektrik üretmek.

Kuzey Denizi sahilinde sert bir esintide dururken, rüzgârın tükenmez bir kaynak olduğunu düşünebilirsiniz. Ama bu yanlış bir kanıdır. Aslında rüzgâr türbinleri birbirlerinden rüzgâr çalar. Rotor kanatları, onları çalıştıran hava akışını yavaşlatır ve bu yavaşlatma etkisi yalnızca bir sonraki türbine kadar uzanmaz.

Hava akışının zayıflaması, bir rüzgar çiftliğinin tamamının bir sonrakine olan etkisi göz önüne alındığında 100 kilometreye kadar uzanabilir. Kuzey Denizi'ndeki sorun o kadar önemli hale geldi ki, ölçülebilir güç kayıplarına ve ciddi tartışmalara yol açıyor. Rüzgar enerjisinin daha fazla yaygınlaşması da zorluklarla karşı karşıya.

Ancak karşı önlemler mevcut. Bilim insanları, gölgeleme etkisini hem teknik hem de organizasyonel olarak nasıl azaltabileceklerine dair çeşitli fikirler geliştirdiler. Peki bu nasıl uygulanabilir?

Temel sorun kolayca açıklanabilir: Ağaçları eğen, türbinleri döndüren ve sonunda yerle sürtünme nedeniyle zayıflayan rüzgâr, sürekli olarak yukarıdan bir kaynağa ihtiyaç duyar. Bu kaynak, üst atmosferdeki güçlü rüzgârlardan gelir ve sınırlıdır. Deniz çok fazla türbinle doluysa, sonunda tükenir. Ardından, Dünya yüzeyine yakın rüzgârlar zayıflar ve türbinlerin elektrik üretimi azalır.

Alman fizikçi Axel Kleidon, on yıldan uzun bir süre önce rüzgâr enerjisinin sınırlı bir kaynak olduğunu belirtmişti. Jena'daki Max Planck Biyojeokimya Enstitüsü'nde araştırma yapan bilim insanı, sorunun özellikle Kuzey Denizi'nin güneyinde acil olduğunu, planlanan rüzgâr türbini yoğunluğunun dünyanın diğer bölgelerinden daha yüksek olduğunu söylüyor.

Özellikle Belçika ve Almanya'nın Kuzey Denizi bölgelerinde, birim alan başına çok sayıda rüzgar türbini planlanıyor. Kleidon, bu iki ülkenin nüfus yoğunluğunun o kadar yüksek olduğunu ve rüzgar enerjisi için çok az alan kaldığını söylüyor. Her iki ülkenin de kıyı suları küçük olduğundan, alana kıyasla burada özellikle yüksek sayıda rüzgar türbini planlanmış durumda.

Almanya'daki bazı rüzgar çiftlikleri gölgelenmenin etkilerini şimdiden hissediyor. Bu durum, özellikle yakınlarına sonradan ek türbinler inşa edilenler için geçerli. Berlin'deki Offshore Rüzgar Enerjisi Vakfı'ndan ekonomist Karina Würtz, konuma bağlı olarak verimin planlanandan yüzde 15'e kadar daha düşük olduğunu söylüyor.

Gelecekte, rüzgâr türbinlerinden elde edilen elektrik verimi daha da önemli ölçüde düşebilir. Kuzey Denizi'ndeki genişleme planlandığı gibi ilerlerse, rüzgâr çiftliği başına verim, Kleidon'un yakın zamanda Berlin'de Felix Fliegner ve 50Hertz şebeke operatörü Thure Traber ile birlikte yayınladığı bir araştırmaya göre, ilk beklentilere kıyasla %30'a kadar azalacak. Bremerhaven'daki Fraunhofer Rüzgâr Enerjisi Sistemleri Enstitüsü'nün hazırladığı bir raporun yazarları da benzer rakamlara ulaştı.

Fliegner, Almanya'da önceki federal hükümetin, Kuzey ve Baltık Denizi'nde kurulu gücün 2045 yılına kadar mevcut 10 GW'ın hemen altından 70 GW'a çıkarılmasını yasalaştırdığını söylüyor. Almanya'nın alandaki payı, örneğin Danimarka, Büyük Britanya veya Hollanda'nınkinden daha küçük.

Fliegner, "Askeri eğitim alanları, doğa koruma alanları, balıkçılık alanları, kum ve çakıl çıkarma alanları ile araştırma ve nakliye alanları çıkarıldığında, geriye yeterli sayıda alan kalıyor," diyor. Ancak bu alanlar, kısmen giderek büyüyen rotor kanatlarının da etkisiyle, gölgelenme nedeniyle umulduğu kadar verimli değil.

Gölgeleme etkisini dengelemek için bilim insanları çeşitli yaklaşımlar üzerinde çalışıyor. Bunlardan biri teknik: Örneğin, her bir rüzgâr türbini farklı şekilde tasarlanabilir. Farklı yüksekliklerdeki rüzgâr türbinleri, bir rüzgâr çiftliğindeki tüm türbinlerin aynı seviyede dönmesinden daha fazla enerji üretecektir.

Teknik yaklaşım, Kuzey Denizi'ndeki temel sorunu çözmez. En iyi ihtimalle, sorunu yalnızca komşu rüzgar çiftliklerine kaydırır. Genel olarak, atmosferden birim alan başına çok fazla rüzgar enerjisi çıkarılıyor.

Bu nedenle araştırmacılar, türbinler ve rüzgar çiftlikleri arasında daha büyük boşluklar bırakılmasını veya genişlemenin uluslararası olarak koordine edilmesini öneriyor. Kleidon, "Daha fazla alana ihtiyacınız var," diyor. Rüzgar çiftlikleri daha homojen bir şekilde planlanmalı. Böylece rüzgar türbinlerinin yoğunluğu farklı bölgelerde hemen hemen aynı olacaktır.

Ekonomist Karina Würtz, şu anda her ülkenin bağımsız olarak planlama yaptığını söylüyor. Bir ülke rüzgar türbinleri için alan belirlemek istediğinde bir istişare süreci olsa da, en verimli yaklaşım arazi geliştirme için ortak ve uluslararası bir planlama olacaktır.

Ülkeler iş birliği yapmayı kabul ederlerse, birlikte daha yüksek bir verim elde edebilirler. Belçika veya Almanya gibi Kuzey Denizi'ne kıyısı olan ülkeler, bu tür iş birliğinden özellikle faydalanabilir.

Fliegner, Kleidon ve Traber, rüzgar çiftliklerinin mekansal olarak daha az yoğun hale getirilmesinin yanı sıra şebeke-teknik, ekonomik ve ekolojik açıdan mantıklı olduğu durumlarda daha fazla işbirliği ve ağ oluşturulması gerektiğini savunuyorlar.

Bazı uzmanlar Danimarka'da rüzgar çiftlikleri kurmayı ve elde edilen elektriği Almanya'nın elektriği olarak kullanmayı düşünüyor. Würtz bunun mantıklı olduğunu düşünüyor. "Danimarka, kendi elektrik talebi için ihtiyaç duyduğundan çok daha fazla deniz alanına sahip," diyor. Almanya için ise durum tam tersi.

Danimarka kıyılarındaki yeni rüzgar çiftliklerinin Alman elektrik şebekesine bağlanması, siyasi ve teknik-düzenleyici zorluklar doğurmaktadır. Bunlar arasında, örneğin, Danimarka sularında bir rüzgar çiftliği bulunduğunda, ancak elektrik yalnızca Almanya'ya aktığında ve mevcut mevzuata göre orada tazmin edildiğinde, maliyet ve gelirlerin Danimarka ve Almanya arasında nasıl paylaşılacağı sorusu yer almaktadır. Kablo güzergahlarının Alman Kuzey Denizi adaları üzerinden döşenmesi de sorunlara yol açabilir.

Yurt dışındaki yeni rüzgar çiftliklerinin entegrasyonuna yardımcı olabilecek teknik çözümlerden biri, denizaltı kablolarının çift yönlü kullanımıdır. Bu kablolar bir yandan iki ülkenin elektrik şebekelerini birbirine bağlarken, diğer yandan açık deniz rüzgar çiftliklerini birbirine bağlamak için kullanılabilir.

"Kombine Şebeke Çözümü" adı verilen böyle bir model, Alman şebeke operatörü 50Hertz ve Danimarkalı rakibi Energinet arasında Baltık Denizi'nde halihazırda uygulanıyor. Bu model, ikisi Alman tarafında, biri Danimarka tarafında olmak üzere üç açık deniz rüzgar çiftliğini birleştiriyor. Bu teknik çözüm, rüzgar çiftliklerinin eskisinden daha geniş bir alana dağıtılmasını sağlayarak aynı sayıda türbinle elektrik verimini önemli ölçüde artırıyor.

Bu arada, Baltık Denizi'ndeki rüzgar çiftlikleri basit bir nedenden dolayı değerli olabilir: Würtz, rüzgarın oraya Kuzey Denizi'nden daha geç ulaştığını söylüyor. O zamana kadar toptan elektrik fiyatları tekrar yükselmiş olur ve Baltık Denizi rüzgar çiftlikleri bundan faydalanabilir. Bu örnek, rüzgar çiftliklerini tek bir bölgede yoğunlaştırmak yerine birkaç denize dağıtmanın faydalı olabileceğini gösteriyor. Kesin olan bir şey var: Gölgeleme sorunu önümüzdeki yıllarda da sektörü meşgul etmeye devam edecek.

Grafik tasarım iş birliği: Charlotte Eckstein