Kaosun Ötesindeki Berraklık
(HEV) |
Engin Ayçiçek

Petrol fiyatları ve çevresel kaygılar otomotiv sektöründe alternatif enerji kaynaklarını kullanan teknolojilerin önemini hızla artırıyor. Bu konuda IBM tarafından yapılan bir araştırma, 2020 yılında üretilecek tüm araçların hibrid teknolojisine sahip olacağını ortaya koyuyor. Artık belirtileri iyiden iyiye hissedilmeye başlanan küresel iklim değişiklikleri, etkileri üzerinde tartışılsa da herkesin kabul ettiği bir gerçek. Özellikle de insanoğlunun burada taşıdığı sorumluk konusunda herkes hemfikir. Araçlarımızda kullandığımız fosil yakıtların ve buna bağlı karbon emisyon değerlerinin de küresel ısınmadaki rolünü fark eden üreticiler, bu durumun önüne geçebilmek için ciddi önlemler alıyor. En son IBM gurubuna bağlı bir araştırma ekibinin yayınladığı raporda, otomotiv endüstrisinin geleceği araştırılırken, artık çoğu parametrenin küresel iklim değişikliği ve enerji sorunlarının etkisinde belirlendiğini ortaya koyuyor.

KAOSUN ÖTESİNDEKİ BERRAKLIK


15 ülkeden 125 yetkiliyle yapılan görüşmelerin toplanmasıyla ortaya çıkan rapor, 2020 yılına dair üreticilerin planlarını ve bu planları neleri göz önünde bulundurarak hazırladıklarını gösteriyor. 12 yıl sonrasını kastederek 'Kaosun Ötesindeki Berraklık' başlığıyla yayınlanan raporda, otomotiv üreticilerinin çevresel sorunlar için bulduğu en ciddi çözüm olarak hibrid ve elektrikli motor teknolojileri gösteriliyor. Hali hazırda %3'ün altında bir pazar payına sahip hibrid araçların 2020 yılı itibari ile pazarı ele geçireceğine işaret edilen raporda, yapılan diğer araştırmalara göre 2013 yılına doğru 89'a yakın hibrid modelin dünya çapında 2 milyonluk satış rakamına ulaşacağı belirtiliyor. Yaklaşan enerji krizi, üreticilerin yakıt tasarrufunu araçlarında öncelik olarak görmeye başlamasında diğer bir neden olarak gösteriliyor. Raporda, hibrid motorlar gibi yakıt tasarrufuna doğrudan etki yapan teknolojilerin dışında, yeni nesil araçlarda kullanılan elektronik yol sistemleri ve sürücüyü bilgilendirmeye yönelik yeni teknolojilerin önemine de yer veriliyor. Akıllı otomobillerin sahip olduğu bu tür teknolojilerin yakıt tasarrufu üzerindeki dolaylı etkilerine değinilen raporda, otomotiv sektörünün artık elektronik başta olmak üzere diğer teknoloji üreticileri ile beraber çalışmasının gerekliliğine vurgu yapılıyor. (Beyazıt Özpeynirci)

HEV (HYBRİD ELECTRİC VEHİCLE) GİRİŞ:


Hibrid motorlu taşıtlar basit bir anlatımla bataryalı elektrikli araçların motoru ile günümüzde kullanılan benzinli veya dizel araçların içten yanmalı motorların birleşimidir. Aslında bu motorlara melez motorlarda denilmektedir. Hibrid araçlarda kullanılan motorların birbirine göre avantajları ve dezavantajları bulunduğu için böyle bir sisteme ihtiyaç duyulmuştur. Bu avantaj ve dezavantajlardan bahsetmek gerekirse;

Sistemin birinci parçası olan içten yanmalı motor çok uzun zamandır kullanılan (yaklaşık bir asıra yakındır) bir makinedir. Şu an bile dünya üzerindeki araçların % 90'nı bu motorlarla çalışmaktadır. Elektrikli motorlara göre avantajı menzil olarak daha fazla olması, yakıtının her yerde kolay şekilde bulunması, elektrikli motora göre daha performanslı oluşlarından dolayı tercih edilmektedir. Fakat dünya üzerindeki petrol rezervlerinin tükenmesinden yakıtının buna bağlı olarak her geçen gün pahalılaşması son olarak çevreye vermiş olduğu kirletici gazlardan dolayı sayıları azalmaya başlamıştır. Buna bağlı olarak elektrik motorlarının maliyetinin pahalı olması, dolum istasyonlarının her yerde bulunmaması, tam depolanmış bir batarya ile en fazla 100-150 km. geçmeyen menzilleri ile ivmelenmelerinin ve topspeed'lerinin az olması, yani performansının düşük olmasına karşın içten yanmalı motorlara göre daha simple (basit) yapıya sahip olması ve temiz bir motor olduğundan mühendisler bu iki motorun avantajlarını kullanarak hibrid motorları tasarlamışlardır. (M. Çitler, F. Varhan, Gazi Üniversitesi,)

Elektrikli araç (EA) kavramı geçtiğimiz on yılda otomobil sektörünün Ar-Ge bölümlerinden prototip atölyelerine doğru yolculuğunu bitirmiştir. Seri üretim hatlarına doğru olan yolculuğu ise kısmen tamamlanmıştır. Bilhassa hibrid (karma) elektrikli araçlar (HEA), önümüzdeki on yıl içerisinde tüm araç sınıflarında ağırlıklı tercih edilecektir. Başlangıçta konvansiyonel araçlarda bulunan birçok ekipmanı da bünyesinde bulunduran HEA'lar, bir çok kesimde tüketicilerin beğenisine sunulmaktadır. Bu arada uzun yıllardır özel kullanımlar için geliştirilmiş bataryalı araçlar, batarya ve güç elektroniği teknolojilerinin gelişimine paralel olarak, kullanıcılarına daha yüksek menzil ve kullanım rahatlığı sağlamaktadır. HEA'ların en önemli özellikleri, sabit şarj sistemlerinden bağımsız, konvansiyonel araçlara benzer şekilde menzile sahip olmalarıdır. Elektrikli araçlar kavramı bu çalışmada üç farklı grup altında incelenmiştir. Bunlar sırası ile tümü-elektrikli araçlar, hibrid elektrikli araçlar ve yakıt pilli araçlardır.

EA'ların gelecekte kullanımın artmasına yol açacak etkenler özetle şöyledir;


Ulaşım maliyetlerinin azaltılması, fosil kökenli yakıtların kullanımının azaltılması, özellikle kentlerde hava kirleticilerinin azaltılması ve global ölçekte sera gazı oluşumunun bertaraf edilmesidir.

EA'ların yollarda çoğunluk haline gelmesi ile otomotiv sektörünü bekleyen büyük değişimler çeşitli otoriteler tarafından şu şekilde belirtilmektedir:

EA'lara ait bataryalar, elektrik motorları, güç elektroniği gibi parçalar üreten sanayilerin oluşması, ana üretici firmaların üretim ve pazarlama teknikleri açısından değişime uğraması, gerçekleşecek büyük değişim sırasında otomotiv sektöründe önde gelen ülkelere, elektromekanik dalında yüksek kaliteli, düşük maliyetli ve yenilikçi ürünlere sahip ülkelerin rakip olması,


HEA'ların seri üretimine ve pazara sunulmasına başta Japon şirketleri olmak üzere birçok firma tarafından başlanılmıştır. Birçok firma ve Ar-Ge kuruluşu her geçen gün yeni modeller ve ürünler geliştirerek araç performanslarını arttırmaktadır. Bunun yanında kullanımdaki artıları ve tüketim açısından avantajları dahi, yüksek fiyatın yanında satın alma cazibesini tüm tüketici gruplarında sağlayamamaktadır. Bu nedenle birçok devlet tarafından çeşitli teşvikler oluşturularak satış rakamları yükseltilmektedir. HEA'ların avantajları şu şekilde özetlenebilir.

• Frenleme enerjisi geri kazanılmakta ve depolama sistemi sayesinde yeniden kullanılabilmektedir,


• Ana enerji kaynağı olan içten yanmalı motorun (İYM) boyutu küçülmektedir,


• Ana enerji kaynağı sabit yüklerde çalışmakta, bu sayede optimizasyon sağlanarak termal verim en üst seviyeye çıkmaktadır,


• İYM'lar belli şartlarda ve duruşlarda depolama ekipmanın şarj durumuna bağlı olarak kapatılabilmektedir,


• Diğer tip enerji kaynaklarında devreye girme ve çıkma esnasında oluşacak enerji ihtiyacı veya fazlası enerji depolama sistemi tarafından seviyelendirilmektedir.





Yakıt pili teknolojisinin araçlarda uygulanması, gelecekte birincil enerji kaynaklarının fosil yakıtlardan alternatif yakıtlara doğru değişimi ile hızlanacaktır. Ancak mevcut altyapı ve alışkanlıklar çerçevesinde yakıt pili araçlara geçiş 2010'lu yıllara değin düşük bir ivme ile seyredecektir. Üreticilerin beklentileri üç nokta üzerinde birleşmektedir: (Enerji Sistemleri ve Çevre Araştırma Enstitüsü, 2003)

Konvansiyonel araçlar ile elektrikli araç tipleri arasında, aynı şartlarda verim ve emisyonlar açısından farkları incelendiğinde özetle şu sonuçlara ulaşılmaktadır:

Fosil yakıt kullanımında ikinci sırada olan ve en hızlı büyüyen sektörlerden biri, elektrik üretimi sektöründen sonra ulaşım sektörüdür. Bu nedenle ulaşım sektörü içerisinde üretim yapan firmalar üzerinde, ürettikleri ulaşım araçlarının atmosfere saldıkları egzoz gazları oranlarına hükümetler giderek daralan sınırlamalar getirmişlerdir. İçten yanmalı motor teknolojisi, her ne kadar gelişmiş de olsa, kademeli olarak getirilen bu kısıtlamaları sağlayacak hızlarda gelişim gösteremediğinden, araç üreticileri yeni enerji kaynakları üzerinde araştırmalarına hız vermişler ve bilimsel kurumlar ile işbirliklerini artırmışlardır.

Bu işbirlikleri ve araştırmalar sonucunda, öncelikle getirilen kısıtlamaları karşılamak, sıfır emisyonlu araçlar geliştirebilmek ve fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltabilmek için çeşitli fikirler ortaya atılmıştır. Yapılan çalışmalar, üretilen cihazın verimliliğini artırmak, daha az ya da hidrojen gibi hiç karbon içermeyen yakıtlar ile çalışabilen araçlar geliştirmek üzerine yoğunlaşmıştır. Bu süreç içerisinde, daha düşük oranlarda karbon içeren ya da hiç içermeyen yakıtların verimlerinin düşük, batarya ve güç elektroniği teknolojilerinin yeteri kadar gelişmiş olmaması nedeniyle, bütün bir aracın verimliliğinin artırılması fikri ön plana çıkmış ve en az iki güç kaynağı kullanan hibrid (melez) araçlar devri yeniden başlamıştır.

Hibrid elektrikli araçlar, sıfır emisyonlu araçların alt yapısının gelişmesi açısından araç üreticileri tarafından büyük bir ilgi görmektedir. Toyota ve Honda gibi Japon firmalarının 1997 yılında pazara sürdükleri Toyota Prius ve Honda Insight modelleri, hibrid elektrikli araç sektöründe pazarı sürükleyici etki yapmıştır. Toyota, 2012 yılında banttan çıkaracağı tüm araçları hibrid elektrikli araç olarak üretmeyi ve sürdürülebilir enerji kaynakları teknolojileri ilerlediğinde de yakıt hücreli araçları geliştirmeyi planlamaktadır.

Enerji Dönüşümü ve Hibrid Araçlar


Fosil bazlı yakıt kullanan karayolu araçlarında yakıt tüketimi; araç ağırlığının düşürülmesi, yol ve sinyalizasyondaki trafik akışını düzenleyen iyileştirmeler, araç bileşenlerinin verimlerinin artırılması gibi uygulamalar ile düşürülebilmektedir. Yalnızca taşıt söz konusu olduğunda, taşıt bileşenlerinin her enerji dönüşümü adımında kayıplarının azaltılması, birbirleri ile etkileşimli olduğu durumlarda en yüksek verimli noktalarda çalıştırılması ile yakıt tüketimi ve egzoz gazları oranları düşürülebilir.

Sistemin enerji dönüşümü analizi yapılırken en az üç enerji dönüşümü adımından bahsedilebilinir. Bunlar; Şekil 1'de gösterildiği gibi sırasıyla, yakıtın kaynağından alınarak araç üzerinde kullanılabilir hale getirilmesi ve depolanması, araç deposundaki yakıtın tekerleklerde mekanik enerjiye dönüştürülmesi, tekerleklerdeki mekanik enerjinin menzile dönüştürülmesi aşamalarıdır.

Şekil 1: Kaynaktan Hareket Enerjisine Dönüşüm Adımları

Her enerji dönüşümü aşamasında enerji kayıpları gerçekleşmektedir. İlk aşamada rafinasyon ve yakıtın hazırlanmasında harcanan enerji kayıpları, ikinci aşamada elde edilen yakıtın tekerleklerde harekete dönüştürülmesinde gerçekleşen mekanik kayıplar, üçüncü aşamada ise araç aero-dinamiği ve yol yüklerinden dolayı gerçekleşen kayıplar söz konusudur. Farklı enerji sistemleri ile çalışan bir karayolu aracı için enerji dönüşümünün ilk iki aşaması dikkate alınarak kaynaktan tekerleğe toplam verimlilikleri Şekil 2'de verilmiştir. (Dr. Müh. Ali Boyalı)

Şekil 2: Çeşitli Tipteki Araçların Net Verimlilikleri

Özetle söylemek gerekirse, fosil kökenli yakıtların azalması ve çevresel beklentilerin artması ile önümüzdeki 10 yıl otomobil kavramında ve sanayisinde yeni tanımlar ile birlikte yeni oyuncular yerlerini alacaktır. Gelecek yazımızda görüşmek üzere'

engin.aycicek@elektrikport.com