Enerji dönüşümü ve hibrid araçlar - OtoGüncel Oto Haber Sitesi

Teknik Bilgiler no image

Published on Ağustos 22nd, 2011 | tarafından Dr. Abdullah DEMİR

0

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; yakıtın kaynağından alınarak araç üzerinde kullanılabilir hale getirilmesi ve depolanması, araç deposundaki yakıtın tekerleklerde mekanik enerjiye dönüştürülmesi, tekerleklerdeki mekanik enerjinin menzile dönüştürülmesi aşamalarıdır. 
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.
Hibrid elektrikli araçlar, konvansiyonel araçlara göre, daha yüksek toplam verimle çalışır. Yakıt hücreli araçların verimliliği, hibrid elektrikli araç toplam verimliliğinden düşüktür. Bunun nedeni hidrojen’in elde edilmesindeki verimin daha düşük olmasıdır. Günümüzde hidrojen, genellikle fosil kökenli yakıt ve enerji kaynakları yardımı ile üretilmektedir. Her ne kadar araç üzerinde Hidrojen kullanımı sonucu su buharından başka atık yanma ürünü çıkmasa da, yakıtın ilk elde edilmesinde fosil yakıtlar kullanıldığından kirletici gazlar açığa çıkmaktadır. Hidrojenin, saf halde doğada bulunmaması ve yardımcı enerji kaynakları ile ayrıştırılması nedeniyle enerji taşıyıcısı olarak sınıflandırılmaktadır. Hidrojen bu yöntemler ile elde edilirse, günümüzde karayolu taşıtlarının ürettiği oranlardan daha yüksek oranlarda fazla kirletici gaz açığa çıkacağı hesaplanmaktadır. Eğer hidrojen, nükleer enerji, güneş ve rüzgâr enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları ile verimli bir şekilde üretilebilir ise gelecekte sıfır emisyonlu araç devri başlayacaktır. Bu nedenle, Toyota, yayımladığı rapora göre, gelecekte üretmeyi planladığı hibrid yakıt hücreli elektrikli aracın verimini günümüzdeki araçların veriminin iki katının üzerine çıkararak yaklaşık sıfır emisyonlu araç üretmeyi hedeflemektedir. 
İçten yanmalı motorlu araçlar tasarlanılırken, sürüş performansları söz konusu olduğunda, ivmelenme, yokuş çıkma ve en yüksek seyir hızı gibi amaçları sağlayabilecek motorlar seçilmektedir. Bu nedenle tam yükte daha yüksek verimle çalışmaktadırlar. Şehir içi trafik koşullarında tam yük koşulları sağlanamadığından ve dur-kalklar nedeniyle harcanan yakıt ile kastedilen mesafe göz önüne alındığında verim son derece düşük olarak gerçekleşmekte, kirletici emisyon miktarı da artmaktadır. Buna ek olarak motorun bir durumdan diğer bir duruma geçişi gibi dinamik durumlarda, yakıt püskürtme sitemlerinden dolayı, motorun sabit rejimde çalıştığı duruma göre çok daha fazla yakıt tüketilmekte ve atmosfere salınan kirletici ve zararlı gaz oranları artmaktadır. 
Dizel ve benzinli araçların tam yük verimleri sırasıyla yaklaşık %40 ve %37 civarındadır. Kısmi yüklerde bir şehir içi çevriminde bu oranlar dizel araçlar için ortalama %20, benzinli araçlar için %17 oranlarında gerçekleşmektedir. Verilen bu rakamlar, araçtaki güç ve güç aktarma organlarının çalışma bölgelerinin uygun optimizasyon yöntemleriyle kontrol edilerek, yüksek yakıt ekonomisinin gerçekleştirilebileceğini göstermektedir. 
Bataryalar, her ne kadar fosil yakıtlara oranla çok daha az enerji yoğunluğuna sahip olsalar da, içten yanmalı motorun (İYM) pahalı enerji kullandığı bölgelerde gerekli enerjiyi sağlayarak bahsi geçen potansiyeli kullanmak için günümüzdeki en uygun depolama araçlarından biridir. Ford Transit boyutunda hafif ticari bir hibrid elektrikli araçta bir depo yakıta karşılık gelen yakıt enerjisi yaklaşık 4 GJ iken aynı araçta kullanılacak batarya kapasitesi, hedeflenen işlevler için 8,5 MJ değerindedir. Bataryaların enerji yoğunluğunun düşük olması nedeniyle yalnızca elektrik enerjisinin kullanılması, menzil göz önüne alındığında, fosil yakıtlara henüz bir alternatif seçenek değildir. Trafik koşulları ve motor verimleri dikkate alındığında, içten yanmalı motorun ortalama verimini, uygun matematiksel araçlar ve tasarım yöntemleri ile yükseltmek amacı ile pahalı yakıt tüketimi bölgelerinde bir tampon bölge olarak kullanılabilmektedir. 
Elektrik motoru, batarya ve içten yanmalı motor güç kaynaklarının avantajlarını bir araya getirerek, daha yüksek verimler ile çalışabilen araçları üretmek fikrinden hibrid elektrikli araç teknolojileri ortaya çıkmıştır. Otomotiv üreticileri düşük emisyon düzenlemelerine uyabilmek için orta vadeli bir çözüm olarak elektrikli araçlara yönelmişlerdir. 
Kaynak: Ali Boyalı’nın Mayıs 2008’de İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’ne sunduğu “Hibrid Elektrikli Yol Taşıtlarının Modellenmesi ve Kontrolü” konulu doktora tez çalışmasından derlenmiştir.



Yazar Hakkında

1973 yılında Trabzon’da doğdu. İlk, orta ve liseyi Trabzon’da tamamladı. 1992 yılında Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümünü kazandı. 1996 yılında Otomotiv Öğretmeni olarak mezun oldu. 1996-1999 yılları arasında “Toplu Taşım Araçlarında Otomatik Vites Kutusu Uygulaması ve İşletme Maliyetlerine Etkisi” konulu tez çalışmasıyla yüksek lisansını tamamladı. 1997-2000 yılları arasında Marmara Üniversitesinde Araştırma Görevlisi olarak çalıştı. 2009 yılında Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsünde “Fren Disklerine Uygulanan Kaplamaların Frenleme Performansına Etkisinin Deneysel İncelenmesi” konulu tezi vererek doktor unvanını aldı. Demir, İSPARK AŞ’de sırasıyla, Teknik İşler Şefi, İşletmeler Müdürü, Etüt Plan ve Proje Müdürü, Etüt ve Planlama Müdürü olarak çalıştı. 17.11.2011 tarihinde Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü’nde Yardımcı Doçent unvanıyla öğretim üyeliğine başladı. Başta otomotiv olmak üzere, güç aktarma organları, alternatif yakıtlar, ulaşım ve otopark yönetimi alanlarında ulusal ve uluslararası dergilerde, kongre ve sempozyumlarda yayımlanmış 30 makale çalışması bulunmaktadır. Ayrıca “Otopark Uygulamalarında Teknoloji, Çevre ve Emniyet Faktörleri”, 52 bin kelimelik “Otomotiv ve Temel Teknik Bilimler Sözlüğü”, 2500 kelimelik “Otopark Endüstrisi Sözlüğü”, 11 bin kelimelik “Sistem Sistem Otomotiv Teknik Terimler ve Terminolojiler Sözlüğü” gibi yayımları da bulunmaktadır. Haftalık Otohaber dergisinde yaklaşık 4 yıl süre ile teknik danışmanlık ve okur soruları editörlüğü, www.otomotivbilgi.com web sitesinde yayımlanmış 43 haftalık yazısı, www.otoguncel.com ve www.nenedir.net web sitelerinin editörlüklerini yürütmektedir. Aynı zamanda Wushu spor dalında hem Uluslararası Hakem hem de Merkez Hakem Kurulu Üyesi’dir. Uluslararası Wushu Sanda Hakemlik Kuralları Tercümesi gibi yayımları olan Demir, İngilizce bilmektedir. Evli ve bir çocuk babasıdır.


Üste Git ↑