Kentlerde artan enerji tüketimi ve karbon azaltım hedefleri, yenilenebilir enerji üretiminin yalnızca büyük ölçekli santrallerde değil, bina ve yerleşim ölçeğinde de değerlendirilmesini giderek daha önemli hale getirmektedir.
Bu kapsamda dikey eksenli rüzgâr türbinleri (Vertical-Axis Wind Turbines – VAWT), özellikle yapılaşmış çevrelerde küçük ölçekli ve dağıtık enerji üretimi açısından alternatif bir teknoloji olarak öne çıkmaktadır.
2025 yılında Sustainability dergisinde yayımlanan “Enhancing Urban Sustainability with Novel Vertical-Axis Wind Turbines: A Study on Residential Buildings in Çeşme” başlıklı ve Polar Meteoroloji uzmanlarından Murat Durak’ın ortak yazarı olduğu çalışmada, üç farklı dikey eksenli rüzgâr türbini tasarımının Çeşme’deki konut yapıları üzerinde kullanımı araştırılmıştır.
Araştırmanın Amacı
Çalışmada küçük ölçekli rüzgâr enerjisinin kentsel yapılara entegrasyonunun; elektrik üretimi, bina enerji tüketiminin azaltılması, teknik uygulanabilirlik ve ekonomik geri dönüş açısından değerlendirilmesi amaçlanmıştır.
Araştırma için ortalama rüzgâr hızının yaklaşık 7 m/s olduğu Çeşme örnek çalışma alanı olarak seçilmiştir. Üç farklı VAWT tasarımı incelenmiştir: Helisel türbin, IceWind türbini ve Birleşik (combined) tasarım.
Nasıl Çalışıldı?
Araştırma yalnızca enerji hesabından oluşmuyor; mühendislik tasarımı, akış modellemesi ve bina enerji simülasyonunu birlikte ele alıyor.
- Türbin Tasarımı: Dikey eksenli rüzgâr türbinlerinin geometrik modelleri SolidWorks kullanılarak geliştirilmiştir.
- Akış Analizi: Türbinlerin aerodinamik performansının incelenmesinde ANSYS Fluent ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) analizleri gerçekleştirilmiştir.
- Bina Enerji Modeli: Türbinlerin konut enerji tüketimine potansiyel katkısı ise DesignBuilder kullanılarak modellenmiştir.
Bu nedenle araştırma temelde: Rüzgâr Kaynağı → Türbin Tasarımı → CFD Analizi → Güç Üretimi → Bina Enerji Simülasyonu → Ekonomik Analiz şeklinde bütünleşik bir mühendislik yaklaşımı kullanmaktadır.
Türbinlerin Güç Üretimi
Yapılan analizlerde üç tasarım için elde edilen güç değerleri şu şekildedir:
| Türbin Tasarımı | Güç Üretimi |
|---|---|
| Helisel VAWT | 350 W |
| IceWind | 430 W |
| Birleşik VAWT | 590 W |
En yüksek güç çıktısı, çalışmada geliştirilen birleşik VAWT tasarımında elde edilmiştir.
Bina Ölçeğinde Uygulama
Araştırmanın devamında beş katlı bir konut binası modeli üzerine toplam 42 adet rüzgâr türbini yerleştirilmiştir. Binanın başlangıç enerji tüketimi 172 kWh/m²-yıl olarak modellenmiştir.
Türbinlerin kullanılması sonucunda enerji tüketiminde hesaplanan azalmalar ise oldukça dikkat çekicidir:
| Sistem | Enerji Tüketimindeki Azalma |
|---|---|
| Helisel VAWT | %18,45 |
| IceWind | %22,93 |
| Birleşik VAWT | %30,88 |
Çalışmaya göre en yüksek katkı yine birleşik türbin tasarımından elde edilmiştir.
Ekonomik Fizibilite
Teknik performansın yanında ekonomik geri ödeme süreleri de değerlendirilmiştir.
| Türbin | Geri Ödeme Süresi |
|---|---|
| Helisel | 12,89 yıl |
| IceWind | 10,60 yıl |
| Birleşik | 10,49 yıl |
Bu sonuçlar, çalışmada değerlendirilen koşullar altında birleşik türbin tasarımının hem enerji performansı hem de geri ödeme süresi bakımından en avantajlı seçenek olduğunu göstermiştir. (Not: Bu sonuçlar Çeşme örneğindeki rüzgâr koşulları, bina modeli ve ekonomik varsayımlar için elde edilmiştir.)
Meteoroloji Neden Kritik?
Bir binanın üzerine rüzgâr türbini yerleştirilebilmesi yalnızca türbin seçimine bağlı değildir. Öncesinde doğru şekilde değerlendirilmesi gereken kritik meteorolojik koşullar bulunur:
- Uzun dönem rüzgâr rejimi ve hâkim rüzgâr yönleri
- Ortalama ve ekstrem rüzgâr hızları ile türbülans
- Bina çevresindeki akış bozulmaları ve komşu yapıların etkisi
- Yükseklikle değişen rüzgâr profili ve yerel topoğrafya
Dolayısıyla bina ölçeğinde rüzgâr enerjisi yatırımlarında: Meteorolojik Kaynak Analizi + Mühendislik Tasarımı + Enerji Modelleme + Ekonomik Fizibilite birlikte değerlendirilmelidir.
Araştırmadan Uygulamaya
Uzun Dönem Rüzgâr Verileri → Saha ve Yapı Analizi → Mikroölçekli Rüzgâr Koşulları → Türbin Teknolojisi ve Yerleşimi → Enerji Üretim Potansiyeli → Bina Enerji Performansı → Teknik ve Ekonomik Fizibilite
Polar Meteoroloji ve Sektörel Karşılığı
Bu çalışma, rüzgâr enerjisinin değerlendirilmesinde yalnızca operasyonel üretim tahminlerinin değil, yatırım öncesi meteorolojik kaynak analizi, saha değerlendirmesi, teknik fizibilite ve enerji performans analizlerinin de önemini ortaya koymaktadır.
Polar Meteoroloji; rüzgâr enerjisi projelerinde uzun dönemli meteorolojik veri analizi, rüzgâr kaynak değerlendirmesi, saha ve yatırım fizibilitesi, yüksek çözünürlüklü meteorolojik modelleme ve operasyonel enerji tahmini süreçlerini bütünleşik bir yaklaşımla ele almaktadır.
Yenilenebilir Enerji İçin Meteorolojik Çözümler
Yatırım öncesi fizibiliteden, operasyonel tahminlere kadar meteorolojik süreçlerinizi yönetin.
Yenilenebilir Enerji Çözümlerimizi İncele →Bilimsel Yayın
Saleh, Y. A. S., Durak, M. & Turhan, C. (2025).
Enhancing Urban Sustainability with Novel Vertical-Axis Wind Turbines: A Study on Residential Buildings in Çeşme.
Sustainability, 17(9), 3859.
Yayın tarihi: 24 Nisan 2025
DOI: 10.3390/su17093859