5.3.1 Buz Uyarı Sistemi (Ice Warning System)
- Buz uyarı sistemi, buz oluşumuna ilişkin hava koşullarını izler.
- Kontrol ünitesi rüzgâr türbinini durdurur ve türbin idle konumuna alınır. (Rölanti)
- Sistem sayesinde uçan buz bloklarından kaynaklanan tehlikeli durumların önlenmesi sağlanır.
5.3.2 Rotor Kanadı Buzlanmayı Önleme Sistemi (Rotor Blade Anti Icing System)
- Nordex rüzgâr türbinleri, rotor kanatları için buzlanmayı önleyici bir sistemle donatıla- bilir.
- Bu sistem, rotor kanatlarının ön tarafında buz birikmesini önler. Sistem sayesinde rüzgâr türbininin optimum çalışması sağlanmış olur.
- Rotor kanatları için buzlanmayı önleme sistemi, rotor kanatlarındaki ısıtma elemanlarından oluşur.
5.3.3 Durum İzleme Sistemi (Condition Monitoring System)
CMS, rüzgar türbinlerinde bulunan önleyici bakım ekipmanıdır. Durum izleme sistemi ana komponentler üzerinde monte edilen sensörlerin sürekli olarak vibrasyon ölçümü yaparak uzaktan izleme sistemi kurulması sağlar. Bu sistem, aşınmanın rüzgâr türbininin mekanik parçaları üzerindeki etkilerinin hızlı bir şekilde belirlenmesine ve gerekli bakım ve servis faaliyetlerinin tanımlanıp planlanmasına olanak tanır. Uygunsuzluk durumunda, CMS uyarı veya alarmlar üretir ve bunlar daha sonra Nordex durum izlemeye iletilir.
5.3.4 Yangın Alarmı ve Yangın Söndürme Sistemleri (Fire Alarm and Fire Extinguishing Systems)
- Motor bölümü ve şalter kabinleri içinde duman algılama.
- Gazlı söndürme maddesi kullanarak söndürme işlevi. (Anahtar dolapları, jeneratör kontak halkası kutusu, tüm makine dairesi değil)
5.3.5 Tehlike veya Engel Işığı (Hazard or Obstacle Light)
Rüzgâr türbinine bağlı olarak, farklı tehlike veya engel ışıklarına ihtiyaç vardır. Özel tasarımları sistem tarafından belirlenir ve önemli ölçüde değişebilir. Rüzgâr türbininin münferit bileşenleri için özel bir renk şeması da gerekli olabilir.
5.4 Rüzgâr Türbini Aerodinamiği
Rüzgâr türbininin kanatlarının şekil ve boyutları rüzgârdan enerjiyi verimli olarak almak için gereken aerodinamik performans ile kanat üzerindeki kuvvetlere dayanması için gerekli mukavemet tarafından belirlenir. Yatay-eksenli rüzgâr türbininin aerodinamiği basit değildir. Kanatlardaki hava akışı türbinden uzaktaki hava akışıyla aynı değildir. Enerjinin havadan alınma şeklinin doğası gereği hava türbin tarafından saptırılmasına neden olur. Ayrıca rotor yüzeyindeki rüzgâr türbininin aerodinamiği diğer aerodinamik alanlarda nadiren görülen olgular sergiler. Modern rüzgâr türbinlerinin nasıl çalıştığını anlamak için kanat profili ve bu kanat profili üzerine etkiyen iki önemli aerodinamik kuvvet iyi bilinmelidir. Bunlar sürüklenme (drag) ve kaldırma (lift) kuvvetleridir.
5.4.1 Sürükleme Kuvveti (Drag Force) ve Kaldırma Kuvveti (Lift Force)
Modern rüzgâr türbinlerinin kanat kesitleri, akış esnasında kanat üzerinde meydana gelen yüklerden optimum gücün elde edilmesi amacıyla geliştirilmiş olan özel profillerden (airfoil) seçilmektedir. Bu özel profillerin geliştirilmesinde amaç, meydana gelen kaldırma kuvvetinin iyileştirilmesidir. En genel haliyle, profiller, bir kiriş hattı üzerinde ve altında tanımlanmış 2 adet özel eğrinin birleşiminden oluşur. Üst eğrinin, alt eğriye göre daha kambur bir forma sahip olması, her iki tarafta farklı akışkan hızları oluşturur. Bu yüzden bir basınç farkı meydana gelir ve yüksek basınç tarafından alçak basınç yönüne doğru bir kaldırma kuvveti doğar. Bir serbest akım içerisinde yer alan, sahip olduğu kiriş hattı ile akışkan hızı arasındaki hücum açısı α h olan örnek bir profil ve üzerine gelen kuvvetler ise Şekil 5. 46 ‘da görülmektedir. Akış sebebiyle meydana gelecek olan sürükleme kuvveti (FD), her zaman için akış yönüne paraleldir. Oluşan diğer kuvvet, kaldırma kuvveti ise (FL), akışa ve sürükleme kuvvetine dik yöndedir. Türbini döndüren kuvvet, bu iki kuvvetin bileşkesidir.
5.4.2 İdeal Disk Teorisi ve Betz Limiti
Rüzgârdan enerji elde etmek için kurulacak türbinin boyutları aerodinamik yapı ile doğ- rudan ilişkilidir. Sistem ne kadar ideal olursa olsun rüzgârdan elde edilecek enerjinin bir üst limiti vardır. Betz tarafından 1919–1926 yılında belirlenen bu limite “Betz Limiti” denir. Betz söz konusu teoriyi hesaplarken hareketli diskin önünde, üzerinde ve gerisindeki hava akımları için enerjinin korunumu kanunlarını kullanmıştır. Betz’in ideal disk teorisine göre; Diskten geçen havanın akış hızı, disk alanının her noktasında eşit olmasına rağmen basınç ani olarak düşer. Bu basınç farkından dolayı diskin hareket enerjisi artmış olur. Betz teoremine göre hesaplama yapılırken, akışın sürekli, homojen ve sıkıştırılamaz olduğu, disk üzerindeki basınç değişiminin disk üzerindeki her noktada aynı olduğu, sonsuz sayıda kanat olduğu ve diskin önünde ve arkasında türbülans olmadığı kabullenilmektedir. İdeal disk teorisinin analizi, kontrol hacmi alınarak yapılır. Burada kontrol hacminin sınırları Şekil 5.47’de gösterildiği gibi akım tüpünün sınırları ve akım tüpünün iki ucudur.
5.5 Rüzgâr Türbini Güç Üretimi
Rüzgâr türbinleri rüzgârın akış hızından dolayı sahip olduğu kinetik enerjiyi kanatları vasıtasıyla mekanik enerjiye çevirir. Bir rüzgâr türbinin çalışma prensibi basitçe bu şekilde ifade edilebilir. Rüzgâr türbinin kanatlarına çarpan rüzgârın hızı ve kanatların arkasından çıkış yapan rüzgârın hızı arasında bir fark bulunmaktadır. Bu fark, türbin kanatlarının sahip olduğu aerodinamik yapı sayesinde rüzgârın sahip olduğu kinetik enerjinin bir miktarının mekanik enerjiye çevrildiğini ve rotorda dönme hareketinin oluştuğunu ifade eder. Rüzgâr türbinleri rüzgârın kinetik enerjisinin tamamını fiziksel olarak kullanamamaktadır. Rüzgâr türbinlerinin rüzgâr akışının sahip olduğu kinetik enerjinin en fazla %59,3’ünü kullanabileceği bilinmektedir. Bu sınır literatürde “Betz Limiti” olarak bilinmektedir.
Bir rüzgâr türbininin teorik olarak üretebileceği güç miktarı aşağıdaki formülde verilmiştir.
Burada ? üretilen gücün Watt cinsinden miktarını, ? ??⁄?? cinsinden hava yoğunluğunu,
? mekanik – elektrik katsayısını, ?? Betz Limitini, ? türbin kanatlarına ulaşan rüzgârın m/s cinsinden hızını ve ? kanatların süpürme alanını veya bir başka deyişle rotor çapını ?? cinsinden ifade etmektedir. Formül vasıtasıyla bir rüzgâr türbinin üretebileceği gücün hesabı teorik olarak yapılabilir.
5.5.1 Güç Eğrisi (Power Curve)
Rüzgâr türbinleri üreticisine, tasarıma, boyutlarına, çeşitli yapısal ve parametrik farklılık- lara bağlı olarak farklı güçler üretebilirler. Üretilen güce bağlı olarak her türbin modelinin kendine ait bir güç eğrisi bulunmaktadır. Güç eğrisi aracılığıyla bir rüzgâr türbininin hangi rüzgâr hızında kaç birim çıkış gücü üretme kapasitesinin bulunduğu görülebilir. Rüzgâr hızı ve üretilen güç arasında lineer (doğrusal) bir bağıntı bulunmaması sebebiyle güç eğrilerini okuyabilmek büyük bir önem arz etmektedir. Güç eğrileri üzerinde hava yoğunluğunun da (air density) etkisi olduğu bilinmelidir. Farklı iki sahaya yerleştirilmiş aynı marka ve modele ait bir rüzgâr türbini hava yoğunluğuna bağlı olarak farklı çıkış güçleri üretebilmektedir. Hava yoğunluğunun artışının üretilen güç üzerinde pozitif bir etkisi olduğu bilinmelidir. Güç eğrileri incelenirken dikkat edilmesi gereken bazı teknik terimler bulunmaktadır. Bunlardan başlıcaları; Devreye Giriş Rüzgâr Hızı (Cut-In Wind Speed): Rüzgâr türbininin güç üretmeye başlaya- cağı rüzgâr hızıdır. Cut-In Wind Speed hızına ulaşan türbinler rüzgârın anlık hızına bağlı olarak güç üretmeye başlarlar. Devreden Çıkış Rüzgâr Hızı (Cut-Out Wind Speed): Rüzgâr türbininin devreden çıkarak güç üretmeyi sonlandırdığı rüzgâr hızıdır. Anma Gücü (Rated Power): Rüzgâr türbinin üretibileceği maksimum güce ulaştığı nokta olarak tanımlanmaktadır. Anma Rüzgâr Hızı (Rated Wind Speed): Rüzgâr türbinin üretebileceği maksimum güce erişebileceği rüzgâr hızıdır.
Şekil 5.48’de bir rüzgâr türbinine ait güç eğrisi verilmiştir. Şekil vasıtasıyla rüzgâr türbinin devreye giriş rüzgâr hızı, anma gücü ve anma rüzgâr hızı ve devreden çıkış rüzgâr hızı görülebilir.
Aynı hava yoğunluğuna göre ortak bir mukayese yapılması doğru olur. Genelde bu değer 1.225 kg/m3 seçilir.
5.6 Rüzgâr Türbinlerinin Kurulum ve Bakım Süreçlerindeki Risklerin Tespiti
Rüzgâr enerjisi sektöründeki iş sağlığı ve güvenliğine ilişkin riskler genel olarak diğer sektörlerdeki risklerden farklı olmamakla birlikte; diğer sektörlerde çok sık karşılaşılmayan aşırı hava koşullarında çalışma, ulaşılması zor sahalarda çalışma ve yerleşim alanlarına uzak alanlarda çalışma gibi bu sektöre özel birtakım riskleri barındırmaktadır.
The Caithness Wind Farm Information Forum (CWIF) tarafından; rüzgâr türbinleri ile ilişkili olarak dünya genelinde resmi olarak bildirilen veya resmi bildirimi olmayan ancak basın kayıtlarından elde edilen iş kazaları kayıt altına alınmış ve gerçekleşen bu kazalar sebeplerine göre incelenerek ayrıntılı istatistikler oluşturulmuştur. CWIF tarafından hazırlanan 2014 yılı sonu verileri dikkate alındığında; 1970 yılından itibaren rüzgâr enerjisi sektörü ile ilgili olarak dünya genelinde 1665 adet iş kazası gerçekleşmiş olup bu kazaların yaklaşık %50’si son beş yıl içerisinde yaşanmıştır. Rüzgâr türbinleri ile ilişkili olarak dünya genelinde gerçekleşmiş iş kazalarının yıllara göre değişimi Tablo 5.3’te gösterilmektedir.
Yaşanan iş kazalarının sonuçları göz önüne alındığında, 2014 yılı sonu itibariyle 2000 yılından itibaren gerçekleşen 1554 adet iş kazasının 88 adedi ölümlü iş kazası olup bu kazalar neticesinde 160 kişi hayatını kaybetmiştir. Dünya genelinde geçtiğimiz on yıl içerisinde rüzgâr enerjisi sektörü ile ilgili olarak gerçekleşen iş kazalarının yıllara göre değişimi Tablo Tablo 5.4’te ifade edilmektedir. Tablodaki değerlere bakıldığında, kayıt altına alınan en çok ölümlü iş kazası 2011 ve 2012 yıllarında gerçekleşmiş olup bu iki yılda rüzgâr enerjisi sektöründe toplam 30 adet ölümlü iş kazası yaşanmıştır.
5.6.1 Rüzgâr Türbinlerinin Kurulum ve Bakım Süreçlerinde İş Kazası ve Meslek Hastalığına Neden Olan Risk Etmenleri
Rüzgâr türbinlerinin kurulum ve bakım süreçlerinde yürütülen faaliyetlere yönelik iş kazasına ve meslek hastalığına sebep olabilecek riskler üç ana başlık içerisinde ele alınmaktadır. Bu süreçler; türbin parçalarının inşaat sahasına ulaştırılması süreci, kurulum süreci ve bakım süreci olarak belirlenmiştir.
5.6.1.1 Türbin Parçalarının İnşaat Sahasına Ulaştırılmasıyla İlgili İSG Riskleri
Rüzgâr türbinlerini oluşturan yapı elemanları inşaat sahasına taşınırken genellikle parçalar halinde taşınmaktadır. Ancak bu parçaların boyutlarının ve ağırlıklarının alışılmış yüklere göre çok fazla olması yük taşınması sırasındaki standart risklerin artmasına sebep olmaktadır. Örneğin:
- Türbin kanatlarının oldukça kırılgan olması ve uzunluğunun 50 metreden fazla olabilmesi,
- Kule parçalarının büyük ve ağır olması, gibi sebeplerden dolayı yük taşıması sırasında oluşabilecek standart riskler, rüzgâr enerjisi sek- töründe daha fazla ön plana çıkmakta ve daha büyük bir önem arz etmektedir.
5.6.1.2 Rüzgâr Türbini Parçalarının İnşaat Sahasına Ulaştırılması Sırasında Oluşabilecek Riskler ve Olası Sebepleri
5.6.1.3 Rüzgâr Türbinlerinin Kurulumu ile İlgili İSG Riskleri
Kurulum süreci, rüzgâr türbinlerinin yaşam döngüsü içerisindeki en zor ve en tehlikeli operasyonları içeren süreç olarak görünmektedir. Çok büyük ve ağır parçaların kaldırılması, bu parçaların montajı, yüksekte çalışma, dar ve kapalı alanlarda çalışma gibi iş kazasına sebep olabilecek birçok operasyon kurulum süreci içerisinde yapılmaktadır.
Bununla birlikte, rüzgâr türbinlerinin maksimum verimde çalışabilmesi için rüzgâr hızının fazla olduğu yüksek yerlerde kurulması gerekliliği zorlu hava koşullarında çalışma riskini de beraberinde getirmektedir. Örneğin; montaj işlemleri sırasında çok ağır ve büyük parçaların yaklaşık 100 metre yüksekliğe çıkarılarak montaj süresi boyunca sabitlenmesi rüzgâr koşulları göz önünde bulundurulduğunda çalışanlar için ciddi bir tehlike oluşturmaktadır.
Rüzgâr türbinlerinin kurulum aşamalarında iş kazasına sebep olabilecek başlıca riskler aşağıdaki şekildedir:
- Kaldırma işlemleri sırasında yük veya nesnelerin düşmesi
- Yüksekte çalışma
- Hareket eden parçaların çarpması
- Elektrik işleri
- Yangın
- Elle taşıma işleri
- Ergonomik olmayan koşullarda çalışma
- Dar ve kapalı alanlarda çalışma
- Tehlikeli maddelerle çalışılması
- Çevresel faktörler
- İş baskısı
- Gürültü
- Acil durum tahliyesi
- Yol ve zemin koşulları
Rüzgâr türbinlerinin kurulumu sırasında; çalışan işçi sayısının en fazla olduğu, en tehlikeli ve en hassas çalışmalar montaj çalışmalarıdır. Türbin parçalarının oldukça ağır ve büyük parçalar olması sebebiyle bu parçaların kaldırılması ve montajı beraberinde birçok iş kazası riskini de getirmektedir.
Örneğin, çalışanların türbin kanatlarının montajı sırasında gerekli bağlantıları yapmak için uzun süreler boyunca parçaların altında çalışmak zorunda kalması sebebiyle; parça düş- mesi, yükün hareket etmesi sonucu çalışana çarpması gibi ölümcül kazalar yaşanabilmektedir.
5.6.1.4 Rüzgâr Türbinlerinin Bakım Faaliyetleri ile İlgili İSG Riskleri
Rüzgâr türbinlerinin kurulumunun tamamlanıp faaliyete başlamasının ardından her bir türbin için yıllık ortalama 40 saatlik bakım faaliyeti yürütülmektedir. Kurulum sürecinden farklı olarak bakım faaliyetlerindeki çalışan sayısının az olmasına karşın işletmelerdeki türbin sayısı- nın fazla olması, bakım faaliyetlerinde görev alan bir çalışanın bazı günlerde günde ortalama 2 kez nasele çıkmasını gerektirmektedir. Bakım faaliyetleri sırasında iş kazasına veya meslek hastalığına sebep olabilecek başlıca genel riskler Tablo 5.6.’da gösterilmektedir.
Rüzgâr türbinlerinin bakım işlemleri esnasındaki Tablo 5.6’da belirtilen risklere bakıldığında; bazı risklerin birçok sektörde ortak olduğu görülmektedir. Ancak rüzgâr türbinlerinin bakım faaliyetleri sırasında diğer birçok sektörden farklı olarak, çok sert hava koşullarında çalışılması gerektiğinden; yüksekte çalışma gibi risklerin bu sektörde iş kazasına sebebiyet verme ihtimali yükselmektedir. Özellikle kış aylarında, çalışanlar ciddi bir buzlanma ve soğuk tehlikesi ile karşı karşıya kalmaktadır. Bu sebeple, yapılan bakım çalışmaları sırasında buzlanmadan dolayı yüksekten düşme ya da soğuk ortamda uzun süreli çalışmaya bağlı olarak dikkat kaybına bağlı iş kazaları ve çalışanın hastalanması gibi durumlar oluşabilmektedir. Bunun yanında, hava koşullarının olumsuz etkileri türbin sahalarının bulunduğu arazi koşullarının getirdiği olumsuzluklar birleşince, çalışanların türbin sahasına ulaşımı için kullanılan yollar ciddi bir tehlike oluşturmaktadır. Ruzgar sektörü tehlikeli işler sınıfında olduğu için, rüzgâr türbininde çalışanlara düzenli eğitimler aldırmak gerekmektedir. İş sağlığı ve güvenliği, yüksekte çalışma ve kurtarma, ilkyardım eğitimleri gibi eğitimlerin her yıl yenilenmesi yapılmaktadır. Bu sektörde çalışanların kalifiyeli ve teknik anlamda donanımlı olabilmeleri için yaklaşık 1 yıl gibi süren yoğun eğitim programları uygulanmaktadır.
