M. Sencer ÖZEN
Uzman
Yatırım Destek Ofisi
sencer.ozen@izka.org.tr

Yüzer denizüstü rüzgâr türbini (YDRT) fikri, ilk defa 1972 yılında William E. Heronemus tarafından ortaya atılmıştır. YDRT’yi, türbin kulesinin deniz dibine temel ile sabitlenmesinin mümkün olmadığı derinliklerde yüzen bir yapıya monte edilen rüzgâr türbinleri olarak tanımlamak mümkündür. Kurulum ve operasyon maliyetleri sabit temelli denizüstü rüzgâr türbinlerine kıyasla yüksek olsa da YDRT’ler, açık denizlerin elektrik üretimi için kullanılabilmesine imkan sağlamaktadır. Ayrıca, deniz trafiğine ve kıyı ekonomisine zarar vermemesiyle beraber görüntü kirliliği yaratmaması sebebiyle gelecekte kullanımının daha da yaygınlaşması öngörülmektedir.

Yüzer Denizüstü Rüzgâr Türbini Uygulamaları

50 metrenin üzerindeki derinliğe sahip alanlarda sabit temelli denizüstü rüzgar türbini kurulumunun aşırı maliyetli ve/veya mümkün olmaması sebebiyle genellikle yüzer denizüstü rüzgar türbinleri tercih edilmektedir. Yine de, yatırım sahasının özelliklerine göre YDRT‘nin de farklı alt uygulamaları/konseptleri geliştirilmiştir. Bu konseptlerden bazıları prototip olarak kalarak ticarileşemese de “Petrol ve Gaz (O&G)” sektöründeki açık deniz uygulamalarından elde edilen tecrübeler rüzgar enerjisi sektörüne de aktarılarak YDRT‘ler için de kullanılabilecek dört temel uygulama sektöre kazandırılmıştır.

• Semi-Submersible (Yarı dalgıç)
• Spar Buoy (Şamandıra Direği)
• Tension Leg Platform (TLP) (Gergi Ayak Platformu)
• Barge (Mavna)

Bu uygulamalar deniz üstündeki hareketleri bakımından “kısıtlı” ve “uyumlu” yapılar olarak kategorize edilmektedir. Kısıtlı yapılar deniz hareketlerine göre santimetreler düzeyinde yer değiştirirken, uyumlu yapılar metrelerce yer değiştirebilmektedir. Bu çerçevede; Yarı dalgıç, Şamandıra Direği ve Mavna kısıtlı yapılar olarak sınıflandırılırken, Gergi Ayak Platformu uyumlu yapılar olarak sınıflandırılmaktadır.

1. Uygulama: WindFloat (Yarı Dalgıç)

WindFloat uygulaması, Şekil 2’de görüldüğü üzere, tek bir rüzgar türbininin yarı dalgıç yapının kolonların birinin üzerine oturtulması şeklindedir. Yarı dalgıç yapıyı oluşturan kafes elemanları ve kolonların parçaları karada önceden imal edilmektedir. Sonrasında uygun bir kuru rıhtım, kızak veya güçlü bir rıhtım kenarı bulunan konuma montaj yapılmak üzere nakledilmektedir. Bu sayede yapıyı oluşturan ekipmanların seri üretimini yapmak mümkün hale gelmektedir.

İlk tam ölçekli uygulaması Portekiz’in Atlantik Okyanusu kıyılarının 5 km açıklarında, 40-50 metre derinliğe sahip bir alanda yapılmıştır. Her bir yüzer yapıda 8,3 MW kapasiteli bir rüzgar türbini bulunan sahada 3 adet WindFloat bulunmaktadır. Buna ilave olarak şu an İskoçya’da 4 adet WindFloat’dan oluşan toplam 38 MW’lık kapasiteye sahip bir yüzer denizüstü rüzgar enerjisi santrali (YDRES) yapımı devam etmektedir. Ayrıca, Fransa’nın Lion Körfezi’nde proje geliştirme aşamasında olan uygulama daha mevcuttur.

2. Uygulama: Hywind (Şamandıra Direği)

Hywind uygulaması, Şekil 3’de gösterildiği üzere şamandıra tipi bir direğin üzerine bir rüzgar türbinin oturtulması şeklindedir. Yüzer yapı, içi balast suyu ve dökme balast (örneğin kaya) ile doldurulmuş bir silindirden oluşmaktadır. Şamandıra çelikten veya betondan yapılabilmektedir. Şamandıra yatay olarak inşa edilebilmektedir ancak türbin montajı için derin suya ihtiyaç duyulmaktadır (100+ m). Bu uygulama sadece 100 m ve üzeri su derinlikleri için uygun kabul edilmektedir. Bu nedenle derin ve açık denizler ile okyanus uygulamalarında kullanılması için tasarlanmıştır.

Hywind uygulaması 2009’dan bu yana Norveç’de test edilmektedir ve artık ticarileşmiştir. İskoçya’da ve Norveç’de kurulmak üzere üretimi İspanya’da yapılarak yarı dalgıç gemi ile transferi gerçekleştirilmiştir. Rüzgar türbininin yüzer yapıya montajı ise YDRES sahasında yapılmaktadır.

3. Uygulama: Ideol (Mavna)

Ideol uygulamasında yüzer yapı Şekil 4’de görüldüğü üzere çelik veya betondan yapılmış halka şeklinde bir platformdur. Dalgalardan kaynaklı salınımlar, yapının içinde çalkalanan su (sönüm havuzu) ile sönümlenmektedir. Ideol uygulamasının sığ sular için daha uygun olduğu düşülmektedir.

İdeol’ün beton uygulamasında, yüzer yapının inşaatı bir rıhtımda, bir kuru havuzda veya bir mavna üzerinde gerçekleştirilebilmektedir. Çelik uygulaması için ise standart tersaneler kullanılabilmektedir. Üretim aşamasında nispeten küçük düz plakaların birleştirilmesi söz konusudur. Plakaların eş zamanlı üretiminin yapılabilmesi sebebiyle üretim sürecinin esnek olduğu ve çok karmaşık olmadığı düşünülmektedir.

4. Uygulama: Naval Energies (Yarı Dalgıç) 

The Naval Energies uygulaması Şekil 5’de görüldüğü gibi bir yarı dalgıç uygulamasıdır. Yüzer yapı güçlendirilmiş beton, çelik veya karma şekilde üretilebilmektedir. Bu uygulamada rüzgar türbini yıldız düzenindeki kolonların ortasına dikilmektedir ve deniz tabanına demirlenmektedir. Yüzer yapının ağırlığı nedeniyle en uygun işlemin yüzer iskele yardımıyla veya kızak kullanımıyla olduğu düşünülmektedir.

5. Uygulama: SBM (Gergi Ayak Platformu) 

SBM uygulaması Şekil 6’da gösterildiği üzere, bir “Geri Ayak Platformu” uygulamasıdır ve tam ortasına bir rüzgar türbini monte edilmiştir. Tasarım 2015 yılında gerçekleştirilmiş ve sahada test edilmiştir. SBM’in yüzer yapısı köşelerinde germe ayakları olan dört yüzlü bir yapıdır ve yapıda dört yüzdürme elemanı, bulunmaktadır. Orta kolon ve yapının her köşesinde bulunan üç kutu, kafes elemanları vasıtasıyla birbirine bağlanmıştır.

SBM yüzer yapısı, kafes elemanlarının birbirine montajı ile üretilmektedir. Bu nedenle karmaşıklığı az olan modüler bir sistem olarak değerlendirilmektedir. Montajı için kuru havuz gerektirmeyen yapının standart bir rıhtımda, rüzgar türbini dahil olmak üzere komple montajı yapılabilmektedir.

6. Uygulama: TretraSpar (Gergi Ayak Platformu) 

TetraSpar uygulaması açık kaynaklı(open source) bir konsept olarak 2015 yılında geliştirilmiştir. 2018 yılında Shell tarafından test edilmiş ve 2020 yılında ticarileşmiştir. Şekil 7’de görüldüğü üzere yapı, dört yüzlü bir yapı olarak tasarlanmıştır. Yapının dengesi zincirlerle bağlanmış askıdaki balast ile sağlanmaktadır.

Uygulamada yapısal bileşenlerin modüler olması ve limanda montajının basit olması amaçlanmıştır. Ayrıca, bileşenlerin çok sayıda tedarikçi tarafından imal edilebileceği şekilde tasarlanmıştır. Bileşenlerin imalatından sonra yapının montajı karada olacak ve daha sonra denize açılacak şekilde planlanmıştır.

Akdeniz Yüzer Denizüstü Rüzgar Enerjisi Pazarı

Küresel Rüzgar Enerjisi Konseyi (GWEC), Avrupa Rüzgar Enerjisi Birliği (WindEurope) gibi rüzgar enerjisi alanında faaliyet gösteren uluslararası kurum ve kuruluşların son dönemde hazırladığı raporlar incelendiğinde, denizüstü rüzgar enerjisi sektörünün gelecekteki pazar payının mevcut duruma göre çok daha fazla olacağı yönündeki tahminleri göze çarpmaktadır.

Bununla beraber, Avrupa Komisyonu tarafından Avrupa’da sektöre yönelik fırsatları değerlendirmek üzere 2020 yılında hazırlanan “Denizüstü Rüzgâr Enerjisi Strateji”nde görülebileceği gibi 2030 yılına kadar Avrupa’da toplam 60 GW denizüstü rüzgar, 1 GW dalga ve gelgit enerjisi kurulu gücüne ulaşılması, 2050 yılına kadar ise, tahmini olarak 300 GW denizüstü, 40 GW dalga ve gelgit enerjisi kurulu gücüne ulaşılması öngörülmektedir. Bu kapsamda yüzer güneş enerjisi santralleri, dalga ve gelgit enerjisi santralleri, sabit temelli ve yüzer denizüstü rüzgâr enerjisi santralleri gibi teknolojilerin yaygınlaşması, 2050 yılına kadar bu alanda toplam 800 milyar dolarlık yatırımın gerçekleşmesi beklenmektedir.

Özellikle yüzer platformların imalatıyla ilgili teknolojik gelişmelerin hız kazanması ve üretim maliyetlerinde beklenen azalmayla beraber 50 metreden daha derin sulardaki rüzgar enerjisi potansiyelinin de daha fazla değerlendirilebilmesi söz konusu olacaktır. Bu potansiyel Danimarka Teknik Üniversitesi (DTU) tarafından hazırlanan “Küresel Rüzgâr Atlası” Şekil 8’de rahatlıkla görülebilmektedir.

Atlasta yer alan Avrupa’da denizel alanlardan elektrik enerjisi elde edilebilecek rüzgar enerjisi potansiyeli yüksek coğrafyalar ve aşağıdaki Şekil 9’da gösterilen mavi enerji (denizel alanlarda üretilebilen yenilenebilir enerji) alanları incelendiğinde, Batı Avrupa kıyıları, İspanya ve Fransa’nın Akdeniz kıyıları ile ülkemizin de yer aldığı Ege Denizi ve Doğu Akdeniz Bölgesinin rüzgâr enerjisi bakımından diğer bölgelere kıyasla üstün olduğu görülmektedir.

Bununla beraber bu coğrafyalarda deniz derinliğinin kıyılardan uzaklaştıkça hızlı bir şekilde artması, deniz trafiğinin ve turizm faaliyetlerinin yoğunluğu sebebiyle gelecekte denizüstü rüzgar enerjisi santrali yatırımlarında yüzer uygulamaların da önemli bir pazar büyüklüğü oluşturacağı beklenmektedir.

İlk bölümde bahsi geçen uygulamalar incelendiğinde, özellikle WindFloat, Ideol, SBM ve Tetraspar gibi modüler yapıların öne çıktığı ve gelecekte hâkim teknolojileri oluşturacağı düşünülmektedir. Yine de söz konusu yüzer yapıların üretimi için gelişmiş bir üretim ve lojistik altyapısı gerekmektedir. Bu nedenle orta ve uzun vadeli planlar yapılarak üretim ve lojistik altyapısının sektörün geleceğine uyumlu olarak hazır hale getirilmesi kritik öneme sahiptir.

Kaynakça:

• Abanades, J. (2019). Wind Energy in the Mediterranean Spanish ARC: The Application of Gravity Based Solutions. Frontiers in Energy Research, 7, 83.
• DNV – High level feasibility study for floating offshore wind structures to be produced in Turkey
• DTU (2021), The Global Wind Atlas, Technical University of Denmark, Cophenhagen
• EU Comission (2020), Boosting Offshore Renewable Energy for a Climate Neutral Europe, Brussels
• Kadir Aktaş, Ruwad Adnan Al Karem, Bergüzar Öztunalı Özbahçeci, Ünver Özkol (2018) , “Açik Deniz Rüzgar Türbinleri Yüzer Platformlarinin Hidrodinamik Modellenmesi” , 9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
• U Mass Amherst