Elektrik nasıl üretiliyor ?

Günde onlarca defa ihtiyaç duyduğumuz elektriğin yaklaşık %58’i fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Peki hiç düşündünüz mü, bir kömür parçası nasıl olur da telefonumuzu şarj edebilir? Cevap aslında çok da karmaşık değil, sadece sonu elektrik enerjisi ile biten bir enerji dönüşüm silsilesi.

Tarihsel açıdan bakıldığında, elektriğe giden yolu bilim insanlarının adeta tersten yürüdüğünü söyleyebiliriz. Şöyle ki ‘kömürden elektriğe nasıl gidilir?’ yerine ‘elektrikten kömüre nasıl gelinir?’ sorusu üzerinde çalışmalar yapıldı. Çünkü asıl amaç kömürden elektrik üretmek değil nasıl olursa olsun elektrik üretmekti. Nitekim elektriğin sadece fosil yakıtlardan üretilmemesi de bunu kanıtlıyor. Fakat şu anlık kömürün, daha doğrusu hemen hemen aynı aşamaları paylaşan tüm fosil yakıtların rollerine odaklanalım.

İlk fark edilen olayımız sarılı iletken telin içindeki zamana bağlı değişen manyetik alanın tel uçlarında oluşturduğu potansiyel fark, yani voltaj. Günümüz santrallerinde; sarılı tel binlerce tur sarımdan oluşan emayeli bakır kablolardan, değişen manyetik alan ise sarımların ortasında dönen bir mıknatıstan oluşmaktadır. Böylece elektrik enerjisinin hareket enerjisine bağımlılığını bildirerek fosil yakıtların kimyasal enerjisine giden ilk adımı atmış bulunmaktayız. Peki bu mıknatısı nasıl döndüreceğiz? Burada akla ilk olarak içten yanmalı motorlar geliyor. Benzinli veya dizel motorlar yardımıyla bu dönme hareketini elde ettiğimiz sisteme jeneratör diyoruz. Rafine yakıtlar için hikayenin sonu burası. Ancak hikaye, büyük ihtimalle insanoğlunun odundan sonraki ilk yakıtı olan kömürle devam ediyor.

Kömür fiziksel formu gereği içten yanmalı bir motor düzeneğinde kullanılmaya uygun değildir. Bu yüzden dıştan yanmalı motor düzeneklerinde kullanılır. Bu düzenekler kömürden en kolay elde edilebilen enerji formu olan ısıyı, gerek yüksek enerjiyi absorbe etme yeteneği gerekse doğada bolca bulunabilmesi sebebiyle bu işe en uygun taşıyıcı ortam olan suya aktarır. Bu enerji aktarımı suyu basınçlı buhar formuna getirir. Burada basıncın biriminin N/m² veya J/m³ olduğunu belirtmekte fayda var çünkü ikinci birimde görüldüğü üzere basınç aslında birim hacimdeki enerjidir, yani ne kadar basınç o kadar enerji.

Şu anda elimizde döndürmemiz gereken bir mıknatıs ve devasa bir düdüklü tencereye benzeyen kızgın buhar dolu bir kabımız var. Bu iki ucu bağlamamıza yarayan elemanımızın adı da türbin. Türbini düdüklü tencerenin tahliye vanasının önüne koyduğumuz bir rüzgar gülüne benzetebiliriz. Düşünsenize, üfleyerek döndürebileceğimizden kaç kat hızlı dönerdi. Ve o rüzgar gülünden uzattığımız bir şafta mıknatısımızı bağlarsak amacımıza ulaşmış oluruz.

Sonuç olarak kömürün kimyasal enerjisi ile suyu kaynatıyoruz, elde ettiğimiz buharı türbinden geçirerek hareket enerjisi elde ediyoruz. Bu dönme enerjisi ile mıknatısımızı hareket ettirip bobinlerdeki manyetik alanın değişmesini sağlıyoruz ve sonucunda elektrik enerjisini elde ediyoruz. Bu termik santrallerdeki hikayeydi; eğer suyu kömürle değil de atom bombasından elde ettiğimiz ısı ile kaynatsaydık nükleer santral elde etmiş olacaktık, bu kadar basit.

Buraya kadar olan kısım elektriğin üretilmesiydi ancak hâlâ evimize ulaşmış değil. Üretilen elektriğin voltaj ve frekans değerlerinin, elektriğin taşınabilmesine ve tüm ihtiyaçlarımıza yetebilmesi için bir takım regülasyonlardan geçmesi gerekiyor. Ülkemizde ve Avrupa’da kullanılan standart frekans değeri 50 Hz, voltaj değeri ise 220 V’tur ve üretilen cihazlar (buzdolabı, çamaşır makinesi, vs.) bu değerler altında çalışacak şekilde tasarlanır. Voltajın veya frekansın başka bir değerde iletilmesi o bölgedeki elektrikli cihazların büyük bir bölümüne hasar verecektir.

Bu regülasyonlardan öncelikli olanı frekans değeridir. Frekans değeri yükseldikçe indüktif reaktans değeri artar ve bu da şebekenin verimliliğini düşürür. Bu sebeple karar verilmiş frekans değeri 50 Hz’dir. İkinci olarak elektriği uzak mesafelere taşırken tellerde ısı olarak kaybetmek istemeyiz. Bu kaybı sıfıra indirmek ne yazık ki mümkün değildir ancak ne kadar azaltabilirsek o kadar kâr. Şimdi kayıpları azaltırken izlenen yola bir göz atalım. Liseden de hatırlayabileceğiniz üzere elektriksel güç, P=V x I yani voltaj ve akımın çarpımıdır. Ürettiğimiz elektriksel gücün sabit bir değer olduğunu düşününce voltaj ve akım değerinin ters orantılı olduğunu görüyoruz, yani voltajın artışı akımı azaltacaktır. Elektriksel gücü akım cinsinden yazarsak karşımıza P=R x I² formülü çıkar. Burada görüldüğü üzere akımı azaltırsak tellerin direncine karşı kaybedilen enerji de azalacaktır. Bu nedenle elektrik enerjisinin voltaj değeri, dağıtıma çıkmadan önce transformatör denilen cihazlarda yaklaşık 500,000 volta kadar yükseltilir. Evimize ise bulunduğumuz binadaki transformatörlerde 220 volta düşürülmüş değeri ulaşır.

Böylelikle elektriğin evimize ulaşıncaya kadarki yolculuğuna kısa bir bakış atmış olduk. Diğer yazılarımızda görüşmek dileğiyle…

Kaynakça

• https://ytbsbilgi.teias.gov.tr/ytbsbilgi/frm_istatistikler.jsf
• Electric Circuits J. W. Nilsson S. A. Riedel, 10th ed.