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.

Dr. Abdullah DEMİR

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. 1999 yılında 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 tez çalışmasıyla doktor oldu. Demir, İBB - İstanbul Otopark İşletmeleri (İSPARK) AŞ’de sırasıyla, Teknik İşler Şefi, İşletmeler Müdürü, Etüt Plan ve Proje Müdürü, Etüt ve Planlama Müdürü olarak çalıştı. 2011 yılında Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü’nde Yardımcı Doçent olarak göreve başladı. Başta otomotiv olmak üzere, güç aktarma organları, alternatif yakıtlar, ulaşım ve otopark yönetimi alanlarında ulusal ve uluslararası dergilerde, kongre ve sempozyumlarda yayımlanmış makale çalışmaları bulunmaktadır. Ayrıca “Güç Aktarma Organları”, “Otopark Uygulamalarında Teknoloji, Çevre ve Emniyet Faktörleri”, 40 bin kelimelik “Otomotiv ve Temel Teknik Bilimler Sözlüğü”, 11 bin kelimelik “Sistem Sistem Otomotiv Teknik Terimler ve Terminolojiler Sözlüğü”, 2500 kelimelik “Otopark Endüstrisi Sözlüğü” gibi yayınları da bulunmaktadır. www.otoguncel.com web sitesinin editörlüklerini yürüten ve wushu spor dalında uluslararası hakem olan Demir, evli ve iki çocuk babasıdır.

Bunlar da hoşunuza gidebilir...

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir