ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİNE FARKLI BAKIŞ AÇILARI

Zafer KAVAK  Elektrik Mühendisliği (Y.T.Ü) İSBAK İstanbul Bilişim ve Akıllı Kent Teknolojileri Üretim – Planlama Şefi Enerji kaynaklarının her geçen gün azalması ve ters orantılı olarak enerjiye duyulan ihtiyacın artması enerjiyi, çağımızın en önemli konuları arasına sokmuştur. Elektrik enerjisi, diğer enerji çeşitleri ile kıyaslandığında birçok yönden daha üstündür ve bu nedenle enerji çeşitleri arasında en popüler olanıdır. Ülkeler arası ekonomik yarışlarda da enerjinin rolü yadsınamaz. Tüm bu sebepler çağımızdaki insanı alternatif enerji üretme yöntemleri üzerinde odaklanmaya yöneltmiştir. Elektrik enerjisi genel olarak generatör sistemleri ile elektromanyetik yollarla üretilmekle birlikte, ısı, ışık, rüzgâr, basınç, nükleer, jeotermal ya da gel-git gibi yöntemler ile de üretilebilmektedir. Ancak bu yöntemler ile elektrik enerjisinin üretimi günümüzde yeterlilik gösterememektedir. Bu nedenle elektromanyetik yol ile mekanik enerjiden elektrik enerjisinin elektromanyetik kuvvet çizgileri vasıtasıyla üretilmesi halen en etkin elektrik enerjisi üretme yöntemidir. Bu yöntemin çalışma prensibi incelendiğinde yöntem aynı kalmakla birlikte girdi verileri değiştirilerek elektrik enerjisi elde etmenin mümkün olduğu görülebilir. Aşağıdaki yazı anlaşılması kolay olması ve temel prensiplerin net bir şekilde kavranılabilmesi için matematiksel hesaplamalardan arındırılarak hazırlanmıştır. Fiziksel olaylara yukarıdan bakarak resmin tamamımın görülmesi ve bunun akabinde ayrıntılara girilerek sistemin teorik yapısının pürüzsüzleştirilmesi ile pratik sistemlere geçiş, deneysel işlemlerde harcanacak zamanı azalttığı gibi icat şevkinin kırılmasını da engelleyecektir. Elektromanyetik kuvvet çizgilerinin bobin tellerini kesmesi ile enerjinin temin edilmesi tüm generatör sistemlerinde kullanılan temel elektrik enerjisi üretme yöntemidir. Yöntem, üç unsurun bir araya gelmesi ile gerçekleşir. Bunlar, manyetik alan, iletken ve bunlardan en az birinin hareketidir. İletkenin ya da manyetik alanın tek başına hareketli olması kâfidir. Manyetik alanın hareketi, manyetik alan kuvvet çizgilerinin hareketlendirilmesi (alternatif akımda olduğu gibi) ya da manyetik alanı meydana getiren mıknatısın hareketlendirilmesi ile gerçekleştirilebilir. Üretilen elektrik enerji miktarı birim zamanda kesilen manyetik alan kuvvet çizgisi ile doğru orantılıdır. O halde kuvvetli bir manyetik alanın oluşturulması, sarım sayısının arttırılması ve hızın çoğaltılması elektrik enerjisine dönüşümü arttıracaktır. Burada bir adet manyetik alan kuvvet çizgisinin on sarımı kesmesi ile on adet manyetik alan kuvvet çizgisinin bir sarımı kesmesi arasında herhangi bir fark yoktur. Esas olan bir saniyede kesilen manyetik alan kuvvet çizgi sayısıdır ve bu sayı ne kadar çok artarsa üretilen elektrik enerjisi de o oranda artar. Bir generatörde mıknatıs alanı içerisinde iletkenin döndürülmesi ile mekanik enerji elektrik enerjisine çevrilebileceği gibi, iletken içerisinde mıknatıs döndürülerek de enerji dönüşümü yapılabilir. Her iki yöntemde kullanılmaktadır ve iki yöntemde de dönme hareketi vasıtasıyla mekanik enerji elektrik enerjisine çevrilmektedir. Ancak elektromanyetik yoluyla elektrik enerjisi üretmek için dönme hareketi yapmak zorunlu değildir. Keza manyetik alan kuvvet çizgilerinin sarım tellerini kesmesi esastır. Yine elektrik enerjisi barajlarda biriktirilen suyun potansiyel enerjisinin çevriminden elde edilebileceği gibi rüzgâr enerjisi veya yakıt enerjisinden de temin edilebilmektedir. Buradaki esas suda, rüzgârda ya da yakıtta mevcut olan enerjinin elektrik enerjisine dönüşümünün sağlanmasıdır. Her atom az ya da çok alçak potansiyel enerji bölgesine girme isteğindedir. Alçak potansiyel enerji bölgesine giriş genel olarak son yörüngedeki elektron sayısının sekize tamamlanması şeklinde olur. Bu ilkeye bağlı olarak metallerin birleşimi sırasında atomların düzenlenmesi kimyasal enerjinin elektrik enerjine dönüşümünü teşkil eder. Durum daha makro düzey için de geçerlidir. Keza kurulmuş bir yay açılmak ister ya da yukarıdan bırakılan bir cisim aşağıya düşme eğilimi gösterir. Bu durum cismin alçak potansiyel enerji bölgesine girme isteğinden kaynaklanır. Bir cisim yeryüzünden yukarıya doğru çıkarılmakla potansiyel enerjisini arttırır ve eğer yukarıdan bırakılırsa bu potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür. Bu durum yukarıya çıkarılan her şey için böyledir. Yukarıya çıkarılan maddenin potansiyeli yüksektir ve potansiyeli düşük olan yere hareket etmek ister. Potansiyel enerji farkı ya da kısaca potansiyel fark olarak nitelendirilen bu kurgu barajlarda biriktirilmiş su için geçerli olduğu gibi aralarında potansiyel farkı bulunan elektronlar içinde geçerlidir. Eğer bir doğal mıknatıs ta yukarıya çıkarılırsa potansiyel enerji kazanır ve bırakılırsa bu enerjisi kinetik enerjiye dönüşür ve aşağıya doğru düşer. Bu düşme sırasında mıknatıs hareketlidir. Doğal olarak normalde durgun olan manyetik alan kuvvet çizgileri de hareketlenmiştir. Bu şekilde hareketli olan manyetik alan kuvvet çizgilerinin bir bobinin sarımlarını kesmesi sağlanır ise elektromanyetik yol ile elektrik enerjisi üretilmiş olur. Bir asansör sisteminde kabinin dengesi için ağırlık kullanılır. Asansör yukarı çıkarken dengeleme ağırlıkları aşağıya ve asansör aşağıya inerken dengeleme ağırlıkları yukarıya çıkarılır. Bu ağırlığın bir kısmı ya da tamamı mıknatıslar tarafından temin edilirse asansörün aşağıya inmesi sırasında mıknatıslar yukarıya çıkarılarak potansiyel enerji kazanması sağlanır. Keza yukarıdaki mıknatıslar bırakıldıklarında sahip oldukları potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür ve mıknatıslar hareketlenirler. Böylece manyetik alan kuvvet çizgileri de hareketlenir. Bu mıknatısların bir bobin içerisinde geçirilmesi durumunda ise elektromanyetik ve yerçekiminin etkisi ile elektrik enerjisi üretilmiş olur. Böylece asansör rutin olarak yaptığı işi devam ettirirken bir yandan da elektrik enerjisi üretmiş olur. Burada asansör sistemi örnek olarak verilmiştir. Yapısında ağırlık kullanan başka sistemler içinde kurgu geçelidir. Aşağıdaki resimlerde sistemin çalışma prensibi açıklanmaya çalışılmıştır. Buna göre, bir asansör, yürüyen merdiven, vinç, vb bir sistemde yeryüzünden yukarıya çıkarılarak potansiyel enerji kazandırılmış mıknatısın (1), bir bobin takımı (2) içerisine bırakılması ile beraber mıknatısın düşmesi ile hareketlenen manyetik alan kuvvet çizgileri bobin tellerini keserek tellerin üzerinde bir gerilim indüklemesi gerçekleştirirler. Enerji çıkışı (3) üzerinde, bobin takımlarından gelen bu toplam enerji bir akümülatöre (4) ya da akümülatör grubuna gönderilebileceği gibi şebekeye (5) de verilebilir. [gallery columns='2' size='medium' ids='10855,10856'] Elektrik enerjisine duyulan ihtiyacın her geçen gün biraz daha artması ve yeşil enerji üzerindeki hassasiyet ile mevcut bir sistem üzerinden doğa kanunlarından faydalanılarak elektrik enerjisinin üretilmesi, fosil yakıtlar gibi çevreye zararı dokunan enerji teminlerine duyulan ihtiyacı azaltacaktır. 2017/06235 başvuru numaralı patent ile kısaca yerçekimi kuvvetinden faydalanılmış ve her maddenin alçak potansiyel enerji bölgesine girme eğiliminden yola çıkılarak oluşturulmuştur. Böylece mevcut düzeneklerinde ağırlığa ihtiyaç olunan yerlerde bu ağırlık temini mıknatıslar ile sağlanarak mıknatısların potansiyel enerji kazanması sağlanmıştır. Potansiyel enerji kazanan mıknatıs bu enerjisini yerçekimin doğal bir etkisi ile düşme hareketi yaparak kinetik enerjiye çevirmiş ve böylece hareketlenmiştir. Keza bu hareket normalde durgun olan manyetik alan kuvvet çizgilerinin hareketlenmesine sebep olmuştur. Sistemde hareketlenen mıknatısların bir bobin ya da bobin takımının içerisinden geçmesi sağlanmış, manyetik alan kuvvet çizgilerinin bobin tellerini kesmesi temin edilmiştir. Böylece elektromanyetiğin üç temel ilkesi (manyetik alan, iletken ve hareket) bir araya getirilerek elektrik enerjisi üretimi gerçekleştirilmiştir.