Rüzgar enerjisi, ilkçağdan beri türbinin şaft gücünden yararlanılarak su pompalama, çeşitli ürünleri kesme, biçme, öğütme, sıkıştırma, yağ çıkarma gibi mekanik enerjiye gerek duyulan yerlerde kullanılmaktadır. Ayrıca, verimli ve ekonomik olarak da su pompajında kullanılabilmektedir.

Rüzgar türbinlerinde kanat sayısı arttıkça, dönüş hızı azalır. Kanat sayısının fazla olduğu sistemler çoğunlukla su pompalama amaçlı kullanılmaktadır. Bu nedenle enerji üretiminde üçten fazla kanatlı sistemler kullanılmamaktadır.

Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü Atölyelerinde demonstrasyon amaçlı iki adet (6 kanatlı ve çok kanatlı) mekanik su pompaj sistemi tasarımlanmış ve imal edilmiştir. Bu projeler ile;

· Mevcut teknoloji ile ilgili bilgi birikiminin sağlanması,
· Sistemlerin bakım-onarım ve işletme konularında deneyim kazanılması,
· Yurt içinde imalat ve kullanım olanaklarının araştırılması amaçlanmaktadır.

6 m yükseklikte çelik halatlı bir direk üzerinde bulunan su pompaj sistemlerden biri; 6 kanatlı olup emme basma tulumba yardımıyla maksimum 7 m derinlikten 5 m yüksekliğe su basabilmektedir. Sistem 3 m/s rüzgar hızında su pompalamaya başlamaktadır. (Şekil:1)

6 Kanatlı Mekanik Su Pompaj Sisteminin Teknik Özellikleri ve Rüzgar Hız-Debi İlişkileri 

Rüzgar Hız- Debi İlişkisi

Çok Kanatlı Mekanik Su Pompaj Sisteminin Teknik Özellikleri

Not:Bu sistemlerde kanat sayısı 6-24 arasında değişmektedir.

Şekil:1 EİE'de imal edilen çok kanatlı mekanik su pompaj sistemi

Bu sistemler; çok kanatlı, düşük rüzgar hızında yüksek moment sağlayabilen, su pompası ile bağlantılı olarak çalışan sistemlerdir. Uzak yörelerde, pompaj derinliği az olan küçük çapta sulama ve sulu tarım için kullanılmaktadır.

Rüzgar su pompaj sisteminin kullanım yerlerini şu şekilde özetleyebiliriz:

- Evlerde su ihtiyacının karşılanması,

- Çiftliklerde hayvanların su gereksinimlerinin sağlanması,

- Küçük çapta arazi sulama,

- Drenaj (arazi- bataklık kurutma).

Rüzgar enerjisi kullanılarak geliştirilen su pompalama işlemi;

1- Rüzgar enerjisini mekanik enerjiye dönüştürerek (düşük rüzgar hızına sahip yörelerde),

2- Rüzgar enerjisini elektrik enerjisine dönüştürerek (yüksek rüzgar hızına sahip yörelerde) kullanılabilmektedir.

Klasik çok kanatlı mekanik su pompaj sistemleri düşük rüzgar hızına sahip yörelerde çalışırken, rüzgar elektrik su pompaj sistemleri (REPS) yüksek rüzgar hızlarında çalışırlar. REPS'ler elektrik üreten bir rüzgar generatörünü içerir ve pompayı çalıştıran elektrik motoruna doğrudan bağlıdır. En büyük avantajı; yer seçiminde ve sistem tesisinde gösterdiği esnekliktir. Klasik mekanik rüzgar su pompaj sistemleri yapısı gereği ya doğrudan kuyu üzerine ya da su kaynağının çok yakınına yerleştirilmektedir. Oysa kuyular ve su kaynakları genellikle rüzgar almayan yerlerde bulunur. Klasik rüzgar su pompaj sistemlerinin sahip olduğu bu kısıtlar, REPS'lerde bulunmaz. Özetle REPS'lerde rüzgar generatörü ile pompanın aynı yerde bulunması zorunluluğu yoktur. Generatör rüzgarın kuvvetli estiği bölgeye kurulabilmektedir. Daha uzakta bulunan pompaya kablolar ile gücün iletilmesi mümkündür. Bu mesafe konusunda teorik bir sınırlama mevcut değildir. Ancak mesafe ne kadar fazla ise o kadar çok kablo ve yüksek maliyet gerekecektir. Bu amaçla genellikle 3-5 kW'lık türbinler kullanılmaktadır.

Su pompajı için en büyük sistemler Avustralya'da üretilmiştir. Bunlardan bir kısmının çapı 10 m ' den daha büyüktür. Bu rüzgar türbinleri düşük rüzgar hızlarında oldukça büyük miktardaki suyu, 200 m ' den daha yükseğe basabilmektedirler. Amerika ve İngiltere'deki üreticiler, çapları 2- 5 m olan daha küçük sistemlere yönelmişlerdir. Fransa, Almanya ve Danimarka'da sulama amacına yönelik su depolayabilen 1- 2,5 m rotor çapında, direkt rüzgarla çalışan pompalar imal edilmektedir.

Mekanik rüzgar su pompaj sisteminin elemanları (Şekil:2)

1-Su kaynağı (kuyu, nehir, göl vs.)

2- Rüzgar türbini

3-Pompa

4-Su depolama tankı

5- Güç aktarma organları

6-Su dağıtım sistemleri

7- Yönlendirici

(Şekil:2)

Mekanik rüzgar su pompaj sistemi kurulurken; tüm yönlerden serbest hava akışı için engellerden yaklaşık 130-180m uzaklığa ve en az 5- 6 m daha yükseğe yerleştirilmelidir. Rüzgar hızı yükseklikle artmakta olup topoğrafik parametreler (yüzey şekilleri) rüzgar hızını olumsuz etkilemektedir.

Rüzgar Su Pompaj Sistemlerinde Ne Tür Pompa Kullanılır? 

Su pompalamak amacıyla tasarlanmış sistemlerin en ekonomik olanı rüzgar su pompaj sistemleridir. Çalışma prensibi yaklaşık 120 yıldır değişmemiştir. Yeraltındaki suların içerisine yerleştirilen pompayla rüzgar gücünden yararlanılarak su pompalanmaktadır.

Rüzgar türbinlerinde kullanılan pompaların en çok bilinen türü; türbin rotorundaki eksantrik milin dairesel hareketini düşey harekete dönüştürerek türbin mili tarafından çalıştırılan silindirik pompalardır. Bu pompaların performansı; sistemdeki yaylar, eksantrik mil, denge ağırlıkları, strok devresi ve mil ağırlığının dengelenmesiyle artırılabilir.

Silindirik pompaların bir diğer çeşidi air-lift pompalar olup bir tür derin kuyu pompalardır. Genellikle madenlerdeki suyun ve kirli (çamur, kum) suların çıkartılmasında kullanılır.

(Şekil:3) Mekanik su pompajı

Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi silindirik pompalarda (Şekil:3) iki tane valf (plunger ve check valf) birlikte ve zıt yönde çalışırlar.

Rüzgar Enerjisi Su Pompaj Sisteminin Maliyeti Nedir Ve Bakımı Nasıl Yapılır?

Su pompajında kullanılan sistemlerde su ihtiyacı/rüzgar enerji potansiyeli oranının en yüksek olduğu durum ekonomiklikte bir ölçü olmaktadır. Ekonomik bir sistem için suyun pompalama maliyeti 0.10 $/m 3 altında olmalıdır.

Rüzgar enerjsi su pompaj sisteminde maliyet kapasiteye (rüzgar hızı-debi ilişkisi ve pompanın basma yüksekliği) bağlı olarak değişmektedir. Çoğu sistemlerde maliyet, su depolama uygulamalarında küçük kompresörlü hava sistemleri için $1000 ve daha büyük kuyu modelleri için $6000 arasında değişmektedir. 

Bakım: Mekanik rüzgar su pompaj sistemlerinin basit ve sağlamlığı onların avantajlarından biridir. Tüm pompalama sistemlerinde olduğu gibi rüzgar su pompaj sistemlerinin düzenli kontrolleri yapılmalıdır. Yıllık tüm lastik diyaframlar (kompresörlü hava modellerinde tüm süpaplar-valfler kontrol edilmelidir) ve lenteli sistemlerde rüzgar türbin kulesi yüksek rüzgar hızlarında devrilmemesi için kontrol edilmelidir. Ayrıca, kullanılan contanın yaklaşık olarak 6 ayda bir değiştirilmesi ve gres yağı ile sistemin hareket eden mekanik donanımlarının yağlanması gerekmektedir.

Kullanılan rüzgar enerjisi son derece değişken ve kesintili bir enerji kaynağıdır. Pratikte 4 m/s ile 7 m/s rüzgar hızlarında su pompalama süresi ortalama 6–8 saat olarak tahmin edilir. Rüzgâr enerjisi su pompaj sistemi düşük rüzgar hızlarında 3 veya 4 günlük su ihtiyacını karşılayacak depolama sistemleri ile birlikte kullanılmaktadır.