İnsan nüfusunun artması, teknolojinin gelişmesi, sanayileşme gibi nedenlerle insan ihtiyaçlarının karşılanması için gerekli olan enerjinin sağlanmasında sürdürülebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç vardır. Üretim ve sanayi alanında gelişimini sürdüren ülkemizde enerjiye ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Aşırı tüketim nedeni ile mevcut bulunan enerji üretim tesislerinin yeterli olmadığı durumlarda yurtdışından enerji satın alınmaktadır. Bütün bu enerji ihtiyacından dolayı yeni enerji kaynakları araştırılmaya çalışılmaktadır. Depolanabilir olması nedeni ile de üretilen enerji, elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Bu nedenle yeni enerji kaynağı araştırmalarında doğrudan elektrik enerjisi üreten sistemler ilk önce düşünülmektedir. Bu hususta yapılan araştırmalarda doğadan yararlanılması en akılcı çözümdür. Bulut ile yeryüzü arasında 100 MV luk bir potansiyel fark olduğu düşünüldüğünde fırtına ve yıldırım sırasında açığa çıkan enerjiden faydalanılabilmesi de yıllarca araştırma konusu olmuştur.

Yıldırımda oluşan enerjiyi anlayabilmek için önce yıldırımın nasıl oluştuğu üzerinde durulmalıdır. Yerküremizi, iki elektrotundan biri küre elektrot olan kendisi, diğeri ise atmosferde bulunan iletken tabaka olan bir küre elektrot sistemi olarak düşündüğümüzde, yeryüzü ile atmosfer arasında 100 V/m ile 160 V/m arasında değişen sürekli bir elektrostatik alanın varlığı bilinmektedir. Bu elektrostatik alanın yönü her zaman yerküreye doğrudur. Bu elektrostatik alandan dolayı zaman zaman yerküre ve atmosferden oluşan bu kondansatör, atmosfer içinde oluşan elektrik akımları ile boşalır. Bu boşalma için yeryüzünde ve atmosferde gerekli iletim koşullarının gerçeklenmesi gerekmektedir. Yerküremizde saniyede ortalama 100 boşalma olayı gerçekleşmektedir. Bu boşalmalardan sadece 1/3'lük bir kısmı yerküre ile bulut arasında olur. Bulutların bulunduğu atmosfer tabakasına enerji üretim tesisi kurulması çok masraflı olacağından (hatta mümkün olmadığından) bizim enerji üretimi için ilgileneceğimiz boşalmalar, yerküre ile bulutlar arasında olan boşalmalar olacaktır. Yeryüzünden ortalama 2 km yükseklikte bulunan kalınlığı yeryüzünün alt tabakasından itibaren birkaç km olan kümülonimbus fırtına bulutlarının alt kısmında su damlacıkları, yerküreye uzak olan kısımlarında ise buz kristalleri mevcuttur. Bu fırtına bulutlarının alt kısımlarında negatif enerji yükleri, üst kısımlarında ise pozitif enerji yüklerinin ayrışması gözlenmektedir. Bundan dolayı yeryüzünde pozitif yükler, bulutlarda ise negatif yükler birikirler. Bu dev kondansatörde, bulutlar ile yerküre arasındaki mesafenin bazı bölgelerde azalmasıyla, varolan elektrik potansiyeli ile hava direncinin aşılması mümkün olabilmektedir.

Bulutun alt kısmı ile toprak arasındaki potansiyel fark eşik değere ulaştığında buluttan toprağa doğru bir elektron demeti oluşur. Bu elektron demeti saniyede 60.000 km hıza kadar ulaşarak bir deşarj oluşturur. Ne var ki bu ilk deşarjın toprağa ulaşması mümkün olmaz. Bu ilk deşarjdan saniyenin 100'de 1'i kadar süre sonra ikinci bir elektron demeti önceki ile aynı yolu izleyerek direnç gösteren havayı aşmaya başlar. İkinci elektron demeti farklı kola ayrılarak diğerinden daha uzak mesafeye ulaşır. Fakat bu elektron demetinin de açtığı iyon yolu toprağa ulaşmak için yeterli olmaz. Bundan sonra ise üçüncü bir elektron demeti oluşur. Her elektron demeti kendinden önceki elektron demetinin açtığı yoldan daha ileriye kadar yol kat ederek dallara ayrılan bir ışık huzmesi görüntüsü oluşturur. Bu sırada yeryüzünden de bulutlara doğru bir elektron demeti oluşur. Boşalma aslında bu iki elektron demetinin buluşması ile başlar. Kendine uygun bir yol bularak topraktaki pozitif yüklü taneciklerin bulutlar ile olan en yakın mesafeden toprağa ulaşmayı başardığı anda kondansatördeki yükler boşalır.

Dünya üzerinde saniyede 100 boşalma oluştuğu kabulüyle, bu boşalmaların ortalama 33 tanesi yerküreye ulaşacağı söylenebilir. Her bir bulutun da ortalama 15 coulomb'luk bir elektrik yükü taşıdığı düşünülürse, potansiyel farkında 100 V/m olduğu varsayımı ile 49.500 MW lık bir enerji açığa çıktığı bulunabilir. Aynı hesap ülkemiz için yapılırsa, bu değerin yaklaşık olarak 79,5 MW olduğu bulunur. Bu da bir hidroelektrik santralinin üreteceği enerjiye eşdeğerdir. Türkiye'de üretilen enerjinin ise 6638,6 MW olduğu düşünülürse bu değerin toplam enerjiye oranla çok düşük kaldığı sonucuna ulaşılır. Kaldı ki her ne kadar yıldırım düşeceği bölgeler yoğunluk olarak tahmin edilse de yıldırımın nerde ve ne zaman oluşacağını kestirebilmek mümkün değildir. Yıldırımların yüksek bölgelerde, nemli ve yağışlı havalarda oluştuğunu bilmemizin dışında bu konuda herhangi bir çıkarım yapamamaktayız. Yani, yıldırım sonucu oluşan bu yüksek enerjinin depolanacağı santralin nerede kurulacağının isabetli olacağını düşünememekteyiz. Ayrıca yıldırımlar negatif ve pozitif karakterde olabilmektedir. Bu enerjinin depolanmasının yanında elektrikli cihazların besleme gerilimlerini elde edebilecek bir sistem günümüz teknolojisi ile de mümkün değildir. Bu nedenle de elde edilecek akımın günümüzde kullandığımız cihazlar için kullanılması mümkün değildir. Oluşan bu akım saniyenin 100 de birlik bir anında gerçekleşmesinden dolayı kurulacak sistemde çok yüksek gerilimlere ve akımlara dayanabilecek iletim elemanlarına ihtiyaç vardır. Ani gerçekleşen bu akımın kurulacak olan tesise zarar vereceği de çok açıktır.

Çok kısa sürede gerçekleşen ve değeri çok fazla olan bu akımı depolamaya çalışmak bu akımı engellemeye benzer. Her nasıl ki yıldırımın oluşmasına mani olamıyorsak, onun toprağa akması için onu engellememeli, binalara ve eşyalara zarar vermeyecek şekilde uygun bir yol bulmalıyız. Günümüzde, bunun için 2 yol kullanılmaktadır. Bunlardan ilki paratonerler yardımı ile akımın toprağa akışının sağlanması, ikinci yöntem ise oluşan yüksek gerilimin kademeli olarak düşürülmesi ile konutlara zarar vermesinin engellenmesidir. Bununla beraber yıldırımı binadan uzak tutmaya çalışan sistemler de mevcuttur.
 

Yusuf BAYKAL

Kaynak:

İTÜ - Yüksek Gerilim Tekniğinde Boşalma Olayları – Ders Notları – Kevork Mardikyan - 2010