Denizde Elektrik Devrimi - 1. Bölüm

Giriş: Elektrik Motoru

Esas olarak gövdesinin manyetik alanı ve bir bobin üzerinden geçen elektrik akımının etkileşimi ile şaftı üzerinde tork oluşturma prensibine bağlı olarak çalışan elektrik motorları, elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinelerdir. Hepimizin bildiği gibi birkaç milimetreden bir fil büyüklüğünde devasa boyutlara varıncaya kadar çeşitli ebatlarda imal edilir ve ihtiyaç duyduğumuz gücü temin edecek şekilde tasarlanırlar. Boyut arttıkça üretebildiği güç de aynı oranda artar.

Sanayi devrimin başladığı 19. yüzyılda kullanılan buhar makinelerinin yerini artık tamamen elektrik motorları almıştır ve bugün kullandığımız ve tükettiğimiz hemen hemen her şeyin üretim süreçlerinin arkasında mutlaka bir elektrik motoru vardır. Fabrikalar büyük oranda elektrik motorlarından güç alır.

Hayatımızı kolaylaştıran pek çok ürün ve otomatik çalışan pek çok sistem de benzer şekilde elektrik motorlarından yararlanmaktadır. Örneğin bir otomobilin camlarını kapısının içine yerleştirilmiş küçük bir elektrik motoru sayesinde rahatça açıp kapatırız veya bir alışveriş merkezine girerken otomatik açılan kapıları gene bir elektrik motoru harekete geçirir. Asansörleri elektrik motorları indirir, çıkartır. Bilgisayarımızı soğutan fanları, buzdolabını çalıştıran kompresörü, çamaşır makinesini döndüren mekanizmayı, duvarı deldiğimiz matkabı ve hayatımızı daha modern ve daha rahat yaşanabilir hale getiren sayısız pek çok ürünün önünde, arkasında, içinde, bir yerinde bu küçük canavarlar çalışır. Elektrik motoru olmasaydı bugün yaşadığımız konforun yanından bile geçemezdik.

Elektrik motoru ile jeneratör ise temel olarak aynı şeydir. Sisteme elektrik verirseniz motor olur, şaftını çevirir, bu gücü bir iş yapmak için kullanırsınız veya tam tersi aynı şaftı dışarıdan bir güç ile mesela rüzgâr, su akıntısı veya başka bir motor ile döndürmeyi başarırsanız jeneratör olur, elektrik üretir. Diğer bir değişle artık hayatımızın olmazsa olmazı elektrik enerjisi de aslında ve özünde bir elektrik motoru tarafından üretilir. Bu ise ileride değineceğimiz üzere büyük bir avantajdır.

Elektrik motorları diğer bildiğimiz motor türleri özellikle içten yanmalı motorlara göre çok daha verimlidir. Zira içeride bir patlama veya yanma olmadığı, sürtünme son derece az olduğu, gücü aktaran mekanizmalarda açı farklarından dolayı mekanik kayıplar yaşanmadığı için son derece verimli çalışırlar, çalışırken çok daha az artık ısı üreterek, çektikleri enerjiyi büyük bir oranda mekanik enerjiye çevirebilirler. Diğer bir değişle daha az enerji harcayarak aynı işi yapabilirler. Daha kolay soğutulabilir dolayısıyla daha az yıpranır, uzun ömürlü olur, daha az bakıma ihtiyaç duyarlar.

Ancak bütün bu avantajlarına ve pratikliğine rağmen çok önemli bir sorunları vardır: Çalışmak için elektrik enerjisine ihtiyaç duyarlar ve ne yazık ki elektrik, üretmesi, nakletmesi, depolaması o kadar da kolay ve pratik bir enerji değildir. Özellikle hareket halinde olmak isterseniz hiç değildir. En azından bugün sahip olduğumuz teknoloji ile değildir. Bu anlamda hala büyük sorunlarımız vardır. Fakat her geçen gün küçük de olsa yeni bir aşama daha geçilmektedir. Özellikle güneş enerjisinden elektrik üretimi, yeni pil ve akü sistemlerinin hayatımıza girmesi ile bu sorunlar aşılmaya başlanmıştır. Hala gidecek yolumuz olmasına rağmen elektrikli motorlar artık gündelik yaşantımızda özellikle taşıt araçlarında daha fazla kendinden söz ettirmeye başlamıştır.

Elektrikli Araçlar

Yüzyıldır arka planda işini yapan bu gizli kahramanlar, bu makineler yani elektrik motorları elektrik enerjisinin hareket halinde iken üretimi ve depolamasının daha mümkün ve uygun hale gelmesi ile gündeme oturarak taşıt araçlarında kullanımı pratik olarak mümkün, ekonomik olarak uygun hale gelmeye başlamış ve gittikçe yaygınlaşmaktadır. Hepimizin bildiği gibi artık elektrikli otomobiller prestij bir marka olarak üretilip, satılabilmekte, otomobil üreticileri bu alanda çok yoğun yatırımlara cesaret edebilmekte, her geçen gün eski bildik bir markanın elektrikli bir aracı daha satışa sunulmaktadır.

Benzer şekilde elektrikli bisikletler, çocukluğumuzda trotinet diye bildiğimiz bugünün “scuter”leri, hatta motorsikletler ve hatta drone gibi çok pervaneli hava araçları artık elektrik motorlarından tahrik almaktadır. Şimdi sıra deniz vasıtalarına gelmiştir ve yaklaşık bir yirmi senedir pek çok başarılı uygulama yapılmıştır.

Tüm bunların arkasında ise temel birkaç teknoloji yatmaktadır. Motor aynı motordur. Teknolojisinin özünde bir değişiklik yoktur ancak birkaç tasarım farkı ve kullanılan malzemelerin kalitesi artırılarak, verimleri daha yüksek hale getirilerek kalite artışı sağlanmıştır. Peki konumuzla alakalı diğer teknolojiler nelerdir?

a) Elektriğin depolanması: Tüm pil ve akü sistemleri ilk günden itibaren maddenin kimyasal özelliklerinden yararlanır. Bu bugün de böyledir ancak yeni nesil piller bu alanda daha aktif maddelerin (örneğin lityum) kullanımı ile daha fazla elektrik enerjisi depolayabilir hale gelmiştir. Pratik hayatımızda temel olarak iki çeşit elektrik depolama sistemimiz vardır. Kurşun asit aküler ve lityum veya nikel kadmiyum esaslı bataryalar. Kurşun asit aküler uzunca bir süredir otomobillerimizde kullandığımız akülerdir. Aynı teknoloji bugün AGM (Absorbent Glass Mat) ve Jel aküler ile biraz daha geliştirilmiş olsa da aslında birbirinden pek bir farkı yoktur. Fark ne hızla ne kadar doldurulabileceğinde ne hızla ne kadar boşaltılabileceğinde yatmaktadır (Tabi bir de taşınabilirlik ve asit çözeltinin risklerinden kaçınmaktan kaynaklanan birtakım avantajlarını da unutmamak gerekir) ancak prensip aynıdır. Lityum esaslı bataryalar ise gene kimyasal sistemler olmasına rağmen kurşun asit akülerden özellikle kullanılan ham maddenin özellikleri gereği farklıdır. Ancak bu tür bataryaların şarj ve deşarjının daha titizlikle ve kontrollü yapılması gereklidir.

b) Şarj ve deşarj sistemleri: Elektrikle oynamak son derece hassas ve dikkat gerektiren bir iştir. Elektrik çok nazlı ve çok aksi, tersi çok ters ama bir o kadar da güzel bir kısrağa benzer. Hata kabul etmez, yanlışı tolere etmez. Fazla zorlarsanız çatlar. Ancak doğru şekilde davranırsanız size yanıt verir. Dolayısıyla özellikle lityum esaslı batarya sistemlerinin bu anlamda hassasiyetle kullanılması (şarj ve deşarj edilmesi) gereklidir. Sistemde olabilecek aşırı yüklenme ve seviye farklarının iyi yönetilmesi gerekir. Bunun için son yıllarda gittikçe gelişen BMS (Battery Management System) batarya yönetim sistemleri, güç elektroniği denilen alanda yaşanan gelişmeler bize bu imkânı sunmaktadır. BMS’de gene aslında araçlarımızda kullandığımız ve aslında pek farkında olmadığımız ama çok önemli bir işlevi olan konjektör denilen cihazın gelişmiş bir halidir.

c) Elektrik üretimi: Özellikle hareket halinde iken elektrik temin etmek büyük bir sorundur. Zira yüksek miktarda ve uzun süreler elektrik kullanmak isterseniz aslında bir kabloya bağlı olmak zorundasınızdır. Ancak hareket halinde bu imkân yoktur. Depolanan elektriğin de bir sınırı vardır. Dolayısıyla hareket halinde elektrik üretmek şarttır ve çok şükür ki bugün artık güneş panelleri sayesinde bu imkânımız vardır. Gene kısıtları ve zorlukları vardır ancak eskiye nazaran çok daha verimlidir. Yeterli sayıda panel ile önemli derece de enerji üretmek mümkün hale gelmiştir.

d) Kontrol sistemleri: Özellikle gelişen bilgisayar teknolojisi ve güç elektroniği alanında yaşanan gelişmeler ile kapalı bir sistemde (mesela bir teknede) ürettiğimiz elektrik, tükettiğimiz elektrik, depoladığımız elektrik, tüketim hızı ve süremiz, çekilen güç, harcanan enerji ve bunun gibi hesaplamaları yaparak sistemi en ideal ve en verimli şekilde kullanmamızı sağlayan ve bizi bir anda sürpriz bir şekilde elektriksiz bırakmamak ve sistemi patlatmadan uzun süreler kullanabilmek üzerine programlanmış devreler gene bu tür sistemlerin en önemli bileşenlerindendir. Aksi durumda zaten mesela depoda kalan mazotu gördüğümüz gibi gözle görünen bir şey olmayan elektriği ihtiyacımıza en uygun cevap verecek şekilde yönetebilmemiz pek mümkün olmazdı.

Tabi bunların dışında da kullanılan bileşenler elbette vardır ki bunlara ilerleyen aşamalarda değiniyor olacağız.