Yazar Hakkında

12 Nisan 2021, 17:10

DENİZDE ELEKTRİK DEVRİMİ- 4. Bölüm

Kotralarda Elektrikli Tahrik Sistemleri

Daha önceki yazılarımızda ifade ettiğimiz gibi motorlu veya yelkenli kotralarda kullanılan elektrikli sistemlerin de prensip olarak konuyla ilgili daha önceki yazılarımızda anlatılan konfigürasyonlardan özünde bir farkı yoktur.

Peki yelkenli veya motor yat veya ticari bir teknede elektrikli tahrik sistemleri kullanabilmemiz için gereken bileşenler nelerdir?

  1. Öncelikle en az bir adet motora ihtiyacımız olacaktır. Motorun büyüklüğü ise teknenin büyüklüğü ve tahrik (itiş) gereksinimi ile birebir orantılıdır.
  2. Motora enerji sağlayacak bir elektrik üretim sistemine ve/veya bu enerjiyi depolayacak batarya (akü) bankına ihtiyacımız olacaktır. Batarya sisteminin kapasitesi de benzer şekilde hem motor büyüklüğü dolayısıyla enerji gereksinimi, hem de teknenin menzil planlaması ve motor kullanım şartları yani sürat beklentisi ve çalışma süresi ile orantılıdır.
  3. Artık bataryalarımız olduğuna göre, bir süre sonra bu bataryalar ister istemez boşalacak dolayısıyla bir de bunları şarj edecek bir düzeneğe ihtiyaç duyacağız. Peki bataryalarımızı nasıl şarj edebiliriz? Eğer bir elektrik kaynağına bağlı değil ve hareket halinde isek doğal olarak ilk akla gelen sistem sıvı yakıtlı bir jeneratör olacaktır.

Buna ek olarak birkaç alternatif daha düşünebiliriz.

  1. Teknemizi uygun bir limana bağladığımızda sahilden aldığımız şebeke elektriğini kullanabiliriz.
  2. Rüzgâr veya güneş gibi alternatif yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik elde edebiliriz.
  3. Veya daha önce sözünü ettiğimiz gibi elektrik motorları aynı zamanda jeneratör vazifesi de gördüğünden yelken seyrinde (eğer teknemiz yelkenli ise) tekne ilerlerken pervanede oluşan dönme hareketi ile içeride bağlı olduğu motoru çevirmesini sağlayarak direk olarak motoru jeneratör gibi kullanabiliriz (rejenerasyon).
  4. Şu an pek gündemde olmamasına rağmen yakıt hücreleri kullanabiliriz. Aslına bakarsanız bu konuda geliştirilen teknolojileri sürekli olarak izleyen biri olarak benim kişisel görüşüm; gelecekte hareket halinde elektrik üretip depolamanın en uygun şekli olarak bu yöntemin öne çıkacağı yönündedir. Özellikle hidrojen bazlı yakıt hücreleri (fuel cell) konusunda önemli gelişmeler yaşanmaktadır. Sorun bu sistemlerinin maliyetlerinin yüksek olması ve daha ulaşılabilir seviyeye indirilmesidir. Bir diğer husus ise hidrojen yüksek oranda yanıcı bir madde olduğu için sistemin patlamaya karşı güvenliğinin sağlanmasıdır.
  5. Bataryaları şarj etmek için başka bir cihaza ihtiyaç var mıdır? Evet vardır. Özellikle yeni nesil bataryaların kimyasını düşündüğümüzde, bataryaları doğru şekilde şarj edebilmek için uygun şarj kontrol cihazları ve batarya yönetim sistemine ihtiyaç duyacağız.
  6. Tabi elektrik kullanımı bir parça karmaşık bir iş olduğundan bir de tüm bu sistemi izlememizi, yönetmemizi ve kontrol etmemizi sağlayacak bir kontrol (yönetim) cihazı gerekecektir.
  7. Bu temel konfigürasyonu sağladıktan sonra yola çıkmaya hazırız. Ancak eğer teknede akülerimizde ürettiğimiz enerjiden farklı volt (gerilim) değerlerinde aletlerimiz varsa örneğin buzdolabı, ocak, klima ve bunun gibi, bunları da kullanabilmek için uygun değerlere sahip bir veya birkaç invertör (evirici, çevirici) cihazı gerekli olacaktır. Aküler genellikle 12-48 V gibi  aralıklarda gerilim ürettikleri için 220V ile çalışan cihazlara enerji sağlamak invertörlerin işidir.
  8. Bunların dışında çeşitli evsafta kablo, bağlantı elemanları, sigortalar, açma kapama şalterleri, fişler, soketler ve bunun gibi elektriği bir yerden başka bir yere aktarabilmek veya sistem elemanlarını birbirine bağlayabilmek, güvenliğini sağlamak için kullandığımız çeşitli aksesuarlar sistemin bileşenlerini tamamlayacaktır. Hemen bu noktada şunu söylemek isterim ki bu tür aksesuarların uygun niteliklerde hesaplanarak seçilmesi ve kaliteli ürünler kullanılması özellikle güvenlik, toplam sistem verimi ve kullanım ömrü açısından son derece önemlidir. Asla hafife alınmamalıdır. Kablolar ve bağlantı noktaları, bunların yalıtımı, kalınlık ve ısı değerleri “alttarafı kablo işte” deyip geçilemeyecek kadar titizlikle çalışılması gereken hususlardır. Konuya hâkim, tecrübeli ne yaptığını iyi bilen kişilerin işidir.
  9. Tüm bu bileşenleri açıklamadan önce topluca genel resme bakmak istersek:

Şekil 3 Genel Sistem Bileşenleri

Jeneratör (1)

Ana şalter (7)

Güneş panelleri (13)

Motor aküleri (2)

Motor kontrol ünitesi (8)

Solar şarj kontrol (14)

Akü birleştirme kutusu (3)

Elektrik motorlar (9)

AC/DC çevirici (15)

Bus bar (4)

Gaz kolu (10)

Yaşam aküsü (16)

Şarj kontrol ve invertör (5)

Gösterge paneli (11)

 

Sahil bağlantısı (6)

Sistem kontrol paneli (12)

 

 

Kaynak: https://oceanvolt.com/support/downloads/

Şimdi bunlara teker teker bakalım.

Motor (9)

Motor bildiğimiz elektrik motorudur. Yazımızın ilk bölümünde anlattığımız gibi temel prensipleri itibariyle iç aksamı birbirine çok benzerdir. İki ucundan rulmanlarla kasasına tutturulmuş bir şaft üzerine yerleştirilmiş bir rotor ve rotoru çepeçevre saran bir statörden oluşur. Kasası ve çerçevesi firmadan firmaya farklı şekillerde olabilir. Burada estetik, montaj şekli ve kolaylıkları, soğutma hesapları dikkate alınarak her firma kendine göre bir tasarım yapar.

Şekil 4 Sail Drive eMotor

Şaft motorun güç ve devir değerlerine bağlı olarak direk pervaneye bağlanabileceği gibi bir aktarım organı vasıtasıyla devir ve dolayısıyla tork değişimini sağlayacak bir mekanizmaya da bağlanabilir veya      s-drive dediğimiz uygulamalarda görüldüğü gibi motor ve pervane arasında açı değişimini sağlayacak düzenekler de bulunabilir. Bu husus teknenin boyutları, kullanım amacı, tasarımı, su altı kesiminin yapısı, salmanın şekli ve bunun gibi değişkenlere bağlı olarak değişiklikler gösterecektir. Fakat her durumda bir elektrik motoru benzer büyüklükte güç üreten bir dizele göre tekne içinde çok çok daha az bir hacim kaplayacaktır. (Batarya ve diğer enerji ünitelerini saymaz isek tabi.)

Elektrik motorlarının üretebileceği güç ise genellikle bir elektrik güç birimi olan W (Watt) ile ifade edilir. Dizel motorlardan alışık olduğumuz beygir gücü (hp-horse power) olarak da söylenebilir. 1hp ise yaklaşık olarak 746 Watt’a eşittir. (Tam olarak 745,7.) Bu hesapla 10hp bir dizel motor 10*746=7.460 Watt veya 7,46 kW, yani yaklaşık olarak 7,5 kW’a denk gelecektir diyebiliriz. Bu şekilde 20hp bunun iki katı 15kW, 40HP=30kW ve bunun gibi.

Bu noktada tekrar şu hususu hatırlatmak isterim. Denizde bizi esas olarak ilgilendiren güçten ziyade tork değeridir. İlk bölümlerde bahsettiğimiz gibi tekneyi sürekli olarak engelleyen bir su direnci söz konusudur ve buna karşı koymak için kara taşıtlarına kıyasla sürekli yüksek tork (Tork=Kuvvet x Kuvvet Kolu) üretmek zorunluluğumuz vardır. Hatırlayalım denizde seyir yapmak, bir otomobilin ilk kalkış anlarına veya aracı yokuşa vurma sürecine benzer. Bu durumu şöyle açıklayabiliriz. Bir çarkı veya dümen benzeri bir mekanizmayı elinizle çevirmek istediğinizi düşünelim. Çarkın bir direnci vardır. Dönmesi için uygulayacağınız kuvvet bu dirençten daha yüksek bir değer olmak zorundadır. Bunu iki şekilde yapabilirsiniz. Ya yüksek bir güç uygularsınız (ki bu durumda daha kuvvetli olmanız gerekir) çark döner. Ya da çarkın çapını büyüterek daha az efor sarf eder ve daha az bir güç uygularsınız ama torkunu artırırsınız çark gene aynı şekilde döner.

İşte tam da bu noktada dizel ve elektrik motorları arasındaki temel fark yani tork üretme kapasiteleri devreye girer. İlk bölümde grafik olarak açıkladığımız gibi elektrik motorları dizel motorlara göre yapıları gereği daha yüksek verimle çalıştıklarından çok daha az güç dolayısıyla çok daha az enerji harcayarak aynı torku üretebilirler. Nasıl böyle olabiliyor diye merak ediyorsanız, mesele tamamen iki motor cinsi arasındaki tasarım prensipleridir. Dizel veya diğer içten yanmalı motorlar kullandıkları enerjinin yarısından fazlasını ziyan eder, çevreye ısı olarak saçarlar, elektrik motorları ise çektikleri enerjinin çok büyük bir kısmını işe çevirebilirler, mekanik kayıpları da son derece az olduğu için bu verimi elde edebilirler.

Bu oran ise yaklaşık olarak yarı yarıyadır. Diğer bir değişle 10hp bir dizel motorla çevirebileceğiniz bir pervaneyi, 5hp =3,75kW bir elektrik motoru ile rahatlıkla çevirebilirsiniz. Doğal olarak tekne büyüdükçe ağırlığı ve sürtünme yüzeyleri de artacağından daha büyük pervaneye dolayısıyla bunu çevirebilmek için daha güçlü motorlara ihtiyaç olacağını söylemeye bile gerek yoktur.

Bu noktada bilmemiz gereken husus esas olarak şudur. Teknenizde kaç beygir dizel ile rahat ediyorsanız, yarısı kadar güçte bir elektrik motoru ile değiştirin tahrik gücünüzden hiçbir şey kaybetmez, hatta bir parça kazanırsınız.

Bu durumu örnek bir tablo ile açıklamak istersek:

Bu tabloda örneğin 9-11m civarında bir tekneniz var ise ve ağırlığı 8t veya biraz daha az ise halen kullanmakta olduğunuz veya kullanmayı planladığınız 20-30 hp civarındaki bir dizel motoru 10 kW bir elektrik motoru ile değiştirebilir ve teknenize daha az bir ağırlık yüklemiş olursunuz. Tabi bu teknenin su altı ve üstü tasarımı ve hava/su sürtünme oranları ile birebir orantılıdır. Tekne tasarımı ne kadar iyi ise o kadar çok verim alacağınız anlamına gelir.

Teknenin tasarımı kara düzen keser sapı ile yapılmış ise güvenli bölgede kalmak için bir üst seviyeye geçmenizi ben şahsen tavsiye ederim. Zira biliyoruz ki halen denizlerimizde kullanılmakta olan pek çok teknenin su altı çizgileri de üst yapıları da hesap kitap bir yana neredeyse tekne gitmesin diye yapılmış gibidir. Tam da bu yüzden gereğinden fazla güçlerde motorlar kullanılmaktadır. Tamamen israftır. Bunu bir teknenin suda gidişine bakarak kolaylıkla anlayabilirsiniz. Tekne pruvasında suyu ittirerek ve kocaman dalgalar çıkartarak gidiyorsa uzak durun, motor gidelim diye değil suyu çalkalayalım diye boşu boşuna mazot yakmaktadır.

Elektrik motorları malumunuz olduğu üzere temelde ikiye ayrılır. DC-doğru akım motorlar, AC-alternatif akım motorlar. AC motorlar da kendi içinde ikiye ayrılır. Tek (mono) fazlı motorlar, üç (tri) fazlı motorlar. Bu noktada konuyu fazla uzatmadan hemen belirtmekte yarar vardır. Özellikle denizde belli bir ağırlığı taşıyacak motorların AC-üç fazlı motorlar olması tavsiye edilir. Zira ancak bu şekilde gereken tutarlılıkta istenilen verim/güç elde edilebilir. Diğerleri de elbette kullanılabilir ancak tercih edilmez. Bunun nedenleri ise motorların mühendislik detaylarında yatar ki bu husus şu aşamada konumuz dışındadır.

AC motorlar bir diğer bakış açısı ile gene kendi içinde birkaç çeşit altında toplanabilir. Sürekli olarak belirttiğimiz gibi tüm elektrik motorlarının temel mühendislik prensipleri tamamen aynıdır ancak birkaç önemli detay değişiklik ile önemli farklar yaratılmıştır.

Şekil 5 Çeşitli Elektrik Deniz Motoru Uygulamaları

Bunların içinde karada veya denizde büyükçe bir aracı hareket ettirmek için tercih edilen motorlar induction (endüksiyon) motorlarıdır. Son yıllarda hayatımıza giren SynRM (Synchronous Reluctance Motor) denilen diğer bir cins elektrik motorları ise elektrik motorların verimini oldukça üst seviyelere taşıyarak bugün hepimizin şahit olduğu elektrikli araçlardaki gelişmenin itici güçlerinden biridir. Ancak SynRM motorların çalışabilmesi için bilgisayar kontrollü bir motor yönetim cihazı olmazsa olmaz şartıdır. Diğer elektrik motorlarından farklı olarak SynRM motorlarında rotorun motor içindeki pozisyonu ve bobinlerdeki elektrik zamanlaması ve seviyesi (amper ve frekans) hassas bir şekilde ayarlanmak durumundadır. Bunun karşılığı ise yüksek bir verim dolayısıyla uzun süreli batarya kullanımıdır.

Bu konuda daha derine inmek isteyen okuyucularımız için https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motor linkinden başlayarak konuyu araştırmalarını önerebiliriz.

Şekil 6 Hibrid Motor Sistemi

Bir diğer husus gene ilk bölümde bahsettiğimiz gibi kullanılacak sistem hibrit bir yapıda olabilir. Bu tür bir sistemde hem dizel hem de elektrik motoru/motorları aynı yapı üzerinde birlikte kullanılabilir. Bataryalarınızda elektrik olduğu sürece elektrik motorları devrede olur, aküleriniz boşaltığında dizel devreye girerek gereken tahrik gücünü sağlayabilir. Aynı anda bataryaları şarj edebilir. Resimde iki elektrik motoru ve arkada bir dizel motor aynı aktarım organına bağlanmıştır. Benzer şekilde çeşitli firmaların pek çok farklı uygulamaları vardır. Hepsine burada değinmemiz pek imkân dahilinde olmadığından şimdilik bu kadarla yetiniyoruz.

Bataryalar (2)

Batarya veya akü sistemleri. Evet elektrikli araçlar dediğimiz zaman gelip takıldığımız yer maalesef burasıdır. Mevcut durumda teknoloji halen bize gönül rahatlığı ile kullanabileceğimiz seviyede bir batarya kapasitesi sunamamakta, eninde sonunda gelip menzil sınırlanmasına takılmaktayız. (Aslına bakarsanız bu husus dizel motorlar için de geçerlidir ama artık herkes bu duruma alıştığı için normal kabul edilmektedir. Neticede teknenizde yanınıza alıp taşıyabileceğiniz mazotun da bir sınırı vardır.)

Akü ve pil sistemleri çok çeşitlidir. Kullanım amacına göre farklı kimyasal özelliklere sahip çeşitli batarya tipleri vardır. Bunlar hacim, ağırlık, kapasite, şarj hızı, deşarj hızı, kullanım ömrü, doldurma boşaltma sayısı (cycle), gerilim (voltaj), maksimum dayanabileceği amper değerleri, sürekli verebileceği akım değerleri, çalışma sıcaklığı ve aralığı gibi başlıca parametrelerini saymaya çalıştığımız geniş bir aralıkta üretilmektedir. Hepsinin kendine göre eksileri ve artıları vardır.

Örneğin otomobillerimizde ve teknelerimizde kullandığımız aküler kurşun asit akülerdir. Düz (flat) veya jel ya da AGM dediğimiz aküler bu sınıfa girer. Düz kurşunlu asitli aküler mesela kapasitesinin ancak %50’sinin kullanılmasına izin verir (DOD-Depth of Discharge değeri= %50). Daha fazla zorlarsanız sülfatlaşma denilen süreç başlar, hızla bozulur ve ömrünü tamamlar. Şarj tutamaz hale gelir zira akünün kimyası bozulur. Bu tür aküler marş basma anında yüksek miktarda akım verebilme özelliği ve tabi diğer akülere göre ucuz olması nedeniyle otomobillerde tercih edilir. Jel aküler biraz daha fazla, AGM aküler biraz daha fazla DOD değerlerine sahip olduğundan stop-start özellikli otomobillerde kullanılır.

Fakat iş bir teknenin elektrik motoruna elektrik sağlamak olunca pek işe yaramazlar. Bu noktada hemen şunu hatırlatmakta fayda vardır. Hangi tipte olursa olsun (flat, jel ya da AGM) tüm kurşun asit akülerin DOD değeri aslında %50 civarındadır. AGM aküler evet daha fazla (%80) bir DOD değeri vaat ederler ancak bu ömürlerinin daha hızlı tükenmesi ile sonuçlanır. Netice olarak kurşun asit aküler %50 civarında bir verime sahiptir diye özetleyebiliriz ve her deşarjda kapasitelerinin ancak yarısı kadar enerji çekilirse normal bir ömüre sahip olurlar aksi durumda hızla bozulurlar. Her gün ancak 3-5 km yol yapan kendini toparlamasına imkân verilmeyen veya garajda kullanılmadan uzun süre bekleyip alarmı açık bırakılan bir otomobilin aküsünün ömrünü tamamlayıp nispeten kısa sürede şarj tutamaz hale gelmesinin nedeni budur. Akü DOD değerinden fazla deşarj edilmiştir.

Bu şekilde artıları ile eksileri ile pek çok batarya sistemi geliştirilmiş. Sonuçta 1990’ların başında ilk olarak ticari kullanıma sunulan lityum bazlı akü/pil teknolojilerine kadar gelinmiştir. O günden bugüne kadar da pek çok farklı versiyonu denenerek her birinin belli başlı ihtiyaçlara cevap verecek şekilde geliştirilmesi sağlanmıştır.

Bu anlamda bizi ilgilendiren yani denizde bir teknede elektrik motoru kullanmak istediğimizde ihtiyaçlarımızın nasıl şekilleneceğidir. Teknede eğer şarj edilebilir bir pilimiz var ise; öncelikle uzun süre dayanmasını isteriz, çabuk şarj olmasını, kullandığımız elektrikli aletlerin bozulmadan çalışmaya devam etmesini yani pilin tutarlı bir seviyede cereyan üretebilmesini isteriz, uzun ömürlü olmasını isteriz ki ikide bir masraf yapıp değiştirmeyelim, sıcakta soğukta teklememesini tutarlı davranmasını isteriz. Değişken güç gerektiren durumlara uyum sağlayabilmesini isteriz, akıp kokmamasını, bizi zehirlememesini isteriz, patlamadan çalışsın isteriz ve bunun gibi.

İşte tüm bu taleplerimizi en optimum seviyede karşılayan piller bugün için lityum piller olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu kimyaya sahip piller tüm beklentilerimizi mükemmel olarak karşılamasa da artık en azından belli bir seviyede karşılamaktadır. Ya da şöyle ifade edelim kurşun asit akülere göre pahalı olsa da artık yatırım yapılabilir bir seviyeye gelmiştir. Lityum akülerin ortalamada DOD değerleri %80 civarındadır. Diğer akülere göre daha fazla sayıda deşarj ve şarj edilebilir döngüye (ortalama 3000 cycle) sahiptir. Diğer bir değişle akünün üzerinde belirtilen amper saat değerinin %80’ine kadarını 3000 defa gönül rahatlığı ile kullanabilirsiniz, akü çabuk bozulmaz. Ama bunu da zorlarsanız canınızı sıkacaktır. Bu durumdan kurtulmanın en kestirme yolu aküleri tümüyle boşaltıp tamamen canına okumadan bir an evvel yeniden şarj etmektir. 3000 döngü her gün bu işi bir defa yapsanız yaklaşık 8-10 yıl eder ki az bir değer değildir. (Tabi ki doğru ve beklenen kalitede üretim yapan bir firmanın ürünü ise. Yoksa pilin üzerine istediğinizi yazarsanız, dışarıdan bakıp ne olduğunu anlamak imkansızdır.)

Akü ve batarya seçiminde bir diğer parametre ise akülerin “C-capacity” değeridir. Bu ise bir akünün ne oranda ve hangi akım değerlerinde ihtiyaç duyulan voltajı (gerilimi) sağlamaya devam edebileceğini gösteren bir parametredir. Ne kadar yüksek o kadar iyidir (ve tabi ki daha pahalıdır). Bir akünün C değeri ne kadar yüksek ise o kadar uzun süre vaat ettiği voltaja yakın değerleri vermeye devam eder ve o oranda daha hızlı şarj edilebilir. Bilmemiz gereken şudur: Hiçbir akü üzerinde yazan voltaj değerini tam olarak tutturamaz. Şarj edildiğinde bu değer aşılır, deşarj başladığında ise voltaj düşmeye başlar. Yüksek C değerine sahip aküler bu anlamda en uzun dayanıma sahip akülerdir. Ortam sıcaklığı, kaç kere şarj deşarj edildiği de pilin iç direncini etkilediğinden C değerinin zaman içinde değişmesine ve azalmasına neden olacaktır.

Akü üreticileri akülerine ait değerleri verirken her zaman ideal şartlarda yapılan ölçümleri baz alırlar. İdeal şartlar ise gerçek hayatta pek ender oluşur. Şartlar değişkendir. Bütün bu karışıklığın sebebi de esas olarak budur. Dolayısıyla yapılacak en doğru hareket akülerin mümkün olduğu kadar ideal ortam şartlarında çalıştırılması, daha basit bir ifade ile belli bir sıcaklık aralığında tutulması olacaktır. Çalışan akü ısınır, ısı akünün kimyasını bozar, bu akünün iç direncini artırır ve akü ideal şartlardan uzaklaşmaya yani bozulmaya başlar. Dolayısıyla akülerin havalandırılan bir ortamda veya aralarından dolaşan bir soğutucu akışkan vasıtasıyla soğutulması gerekir. Bu husus batarya verimi ve ömrü için son derece önemlidir. Genel olarak söylemek gerekirse aküler oda sıcaklığında tutulmaya çalışılmalıdır. Soğuk akülerin verimini düşürür, sıcak ömrünü kısaltır. Bu husus akü cinsleri arasında değişkenlik gösterse de tüm akü ve bataryalar için geçerlidir.

Gerçekten de akü ve batarya konusu derya deniz bir konudur ve bir makaleye sıkıştırılamayacak kadar çok değişkeni vardır. Pratik davranmak gerekirse teknemizde elektrik motorlarını akülerden çalıştırmak istiyorsak ve nispeten ucuz olsun diyorsak AGM aküleri tercih edebiliriz. Ancak bu uzun ömürlü olmayacaktır. Ben biraz daha fazla para harcayabilirim ancak akülerim uzun ömürlü olsun, tutarlı çalışsın, beni şaşırtmasın, denizin ortasında sürpriz yapmasın diyorsak lityum esaslı bataryaları tercih etmek durumundayız. Bu en azından günümüz teknolojisi için böyledir. İleride ne olur kimse bilmiyor. Ancak bu alanda hem üniversitelerde hem de şirketlerde çok yoğun ve hararetli çalışmaların yapıldığını biliyoruz ve umut ediyoruz ki çok uzak olmayan bir gelecekte çok daha verimli akü sistemleri hayatımıza girecektir. Eğer teknenize elektrik motor yatırımınızı şimdiden yaparsanız o gün geldiğinde tek yapacağınız mevcut akülerinizi yeni teknoloji ile değiştirmek olacaktır ki zaten o güne kadar onlar da ömrünü tamamlamış olur. Durum özet olarak budur.

Batarya konusunda son olarak söylemek isteyeceğimiz husus ise şudur; eğer teknemle hız yapayım diyorsanız aküler hızla tükenecektir. Ortalama bir sürat elektrikle yürütülen bir tekne için en ideal sürattir. Ancak acil ve önemli durumlarda hızınızı yükseltmeniz gerekebilir. Bu dizeller için de aynı şekilde geçerlidir. Gaz koluna yüklendikçe motorların yakıt tüketimi geometrik olarak katlanarak artar. 5 kilometreyi 100 metreyi koştuğunuz süratte koşamazsınız, uzun süre koşmak istenirse temponuzu ona göre ayarlamanız ve daha ağırdan almanız gerekir. Yani bu husus elektrik motorlarına has bir özellik ya da bir dezavantaj değildir. Hızınızı artırırsanız nefesiniz daha çabuk tükenecektir. Kısa hedeflere hızlıca varır ancak uzun mesafeler kat edemezsiniz. Şekilde farklı batarya kapasiteleri ile örnek bir teknenin menzil (range) ve hız (speed) eğrisini görüyorsunuz. Hız arttıkça kat edebileceğiniz toplam mesafe azalacaktır.

Günümüz teknolojisi ile bu süreci size en uygun şekilde gösteren sistem kontrol ve izleme elemanları sayesinde rahatlıkla yönetilebilir kılabilirsiniz. Akülerin doluluk oranları, teknenin hızı, çekilen güç, kalan mesafe ve bunun gibi parametreleri izleyebilir ve durumunuzu buna göre ayarlayabilirsiniz. Hatta ne kadar mazotum kaldı ve bu bana daha ne kadar yetecek hesabı yapmaktan çok daha kolay olacak şekilde bu işi yapabilirsiniz.

Batarya Yönetim Sistemi (2.1)

Yukarıda özellikle vurguladığımız üzere denizde kullanacağımız elektrikli bir tahrik sisteminin temel enerji kaynağı günümüz teknolojisi dahilinde lityum esaslı bataryalardır. Bu tür bataryaların ise bir zafiyeti vardır. Direk olarak bir elektrik kaynağına bağlanıp şarj edilmekten hoşlanmazlar. Kontrollü bir şekilde yüklenip, kontrollü bir şekilde boşaltılmaları gerekmektedir. Bu her türlü akü için böyledir ancak lityum bataryalar için biraz daha hassas davranılması gerekir. Batarya yönetim devreleri (BMS-Battery Management Systems) bu işi yaparlar. Bir aracı yürütmekte kullanılan elektrik motorları genel olarak 48-72V aralığında çalışacak şekilde tasarlanır. Eğer Akım=Güç/Gerilim veya Amper=Watt/Volt hesabından yola çıkarsak voltaj 6-12 V gibi düşük tutulursa yeterli gücü elde etmek için çok yüksek akım değerlerine ihtiyaç duyulacaktır ki bu sistemler arasındaki iletkenlerin yangın çıkmadan işini yapması için çok kalınlaştırılması anlamına gelir pratik olmaz, maliyetler, daha önemlisi kablo direnci artar, yok eğer 220 V gibi evlerimizde kullandığımız değerlere çıkılırsa da özellikle bir kaçak veya kaza anında adamı çarpar güvenli olmaz dolayısıyla bu işin optimum seviyesi olarak 48-72V aralığı (daha çok 48V) tercih edilmiştir.

Ancak bataryalar genellikle 12V ve kimi zaman çok daha düşük gerilim değerlerine sahip olacak şekilde üretilir. Örneğin; yakın zamana kadar Tesla marka araçlarda kullanılan 18650 piller 3,7V gerilim değerine sahiptir. Dolayısıyla 48V elde edebilmek için 12V bataryaların 4 tanesinin, 3,7V bataryaların 12-13 tanesinin seri olarak birbirine bağlanması gerekir. Yani bir modül aslında pek çok bataryanın birleşiminden oluşur. Ancak hiçbir batarya birbirinin tam olarak aynı kimyasal ve fiziksel değerlere sahip değildir. Küçük de olsa aralarında farklar vardır. Dolayısıyla sistemi bir şarj kaynağına bağladığınızda hiçbir birim batarya aynı oranda şarj olmayacak, kimi daha çok kimi daha az dolacaktır. Önce dolan bataryaya diğer tam dolmayanlar kadar aynı şiddette akım uygulamaya devam ederseniz önce dolan aşırı ısınacak ya bir noktada patlayacak ya da özelliğini kaybederek ömründen veya kapasitesinden yiyecektir. Deşarj süreçleri de benzer şekilde daha çabuk boşalan bir birim bataryadan diğerleri kadar enerji çekmeye devam ederseniz DOD değerleri hızla aşılacağından gene verim ve ömür kayıpları yaşanacak hatta ısınma nedeniyle kimyasının tamamen bozulması dolayısıyla söz konusu birimi tamamen kaybetme riski yaşanabilecektir.

BMS, Batarya yönetim devreleri bir batarya bankına bağlı her birim birim pil için bu şarj ve deşarj süreçlerini, sıcaklık, akım ve voltaj değerlerini sürekli olarak kontrol ederek her birine ihtiyacı oranında şarj ve kapasitesi oranında deşarj uygulanmasını sağlar. Dolayısıyla hem sistemden alınacak verimi en yüksek seviyeye getirmeye çalışır, hem ürünlerin ömrünün en uzun olmasını temin edecek şekilde dengeler hem de tehlikeli durumlar yaratabilecek risklerin oluşmasını engeller. BMS devreleri özet olarak bu işe yarar, tüm akü ve pil tipleri için bu husus geçerli ancak lityum bataryalar için olmazsa olmaz bir devre elemanı olarak vazife görür.

Dolayısıyla kullanacağımız batarya cinsi ve kapasitesine, bu sisteme vereceğimiz ve sistemden çekeceğimiz güç ve akım değerlerine uygun bir BMS devresinin bataryalar ve güç kaynağı (veya yük yani motor) arasına yerleştirilerek söz konusu ihtiyaçtan doğan dengelemeyi yapması sağlanır. BMS devrelerinin uygun nitelikte seçimi elektrikle çalışan bir tahrik sistemi için son derece önemlidir ayrıca uzman ve konuya hâkim tecrübeli kişiler tarafından uygulanmalıdır. BMS devreleri de diğer tüm elektronik sistemler gibi her geçen gün gelişmekte ve hassasiyetleri artırılmaktadır. Modern bataryalar genellikle kendi BMS sistemi içinde teslim edilir.

Motor Kontrol Ünitesi (8)

Motor kontrol ünitesinin temel olarak iki vazifesi vardır. Birincisi akülerden gelen DC doğru akımı, AC  alternatif üç faz akıma çevirir (invert eder) ve ikincisi motor devrini, ileri geri hareketini, motor sıcaklığını kontrol ederek motorun kullanıcının komutlarına göre en ideal şartlarda çalışmasını için voltaj, akım ve frekans değerlerini ayarlar.

Diğer bir değişle tekneye yol verdiğimizde gaz kolundan alınan komutu motorun gerçekleştirebilmesi için gereken komut setlerini motora gönderir. Bu sırada motoru da dinleyerek istenilen işi doğru şekilde yapması için gerekli düzeltmeleri yapar. Motor kontrol devreleri olmasaydı bir teknenin elektrikle tahrik alması en azından en uygun şartlarda idare etmesi imkânsız olurdu.

Yukarıda bahsettiğimiz SynRM motorlar için biraz daha fazlasını yaparak rotorun pozisyonu ile her bir stator üzerindeki elektrik parametrelerini dinler ve düzenler.

Aslına bakarsanız yüksek güç ile çalışabilen, algıları gelişmiş küçük özel bir bilgisayardır. Çalışma sırasında ısınır dolayısıyla soğutulması gerekir. Tekneye soğutma şartlarının uygun olacağı şekilde montajı yapılmalıdır.

Enerji Kaynakları

Motoru besleyen aküleri beslemek için bir teknede birkaç yöntem kullanabiliriz.

Jeneratör (1)

Yukarıda uzun uzun anlatmaya çalıştığımız şekilde bir teknede bataryalardan sağlanan elektrik ile sağlıklı ve güvenli seyir yapabilmek için özellikle açık denize çıkan, uzun mesafe kat edecek teknelerde bir jeneratör konumlandırılması tavsiye edilir. Denizin ve havanın sağı solu belli olmaz. Rahmetli Sadun Boro’nun da vurguladığı gibi “deniz öyle haşin bir sevgidir ki hürmette bir an bile kusur edersen tokadını suratına yersin”.

Dolayısıyla uzun seyir yapacak elektrikli teknelerin yakıtı ile birlikte en az bir adet jeneratör bulundurması gerekecektir. En azından durum bugünün teknolojik şartlarında böyledir. Jeneratöre ihtiyaç duyulur ya da duyulmaz ama gerekli olduğu durumlarda elzemdir. Denizin ortasında akü sorunu yaşarsanız ve hava kapalı ve bulutlu ise yenilenebilir kaynaklara güvenemezsiniz, rüzgar jeneratörleri de rüzgar olsa bile büyük ihtimalle ihtiyacınızı karşılamakta yeterli olmayacaktır. Yenilebilir kaynaklar prensip olarak bedava ancak güvenilmez ve tutarsızdır. Çalıştığı durumlarda ne ala ancak çalışmaz ise insanın başını derde sokabilir.

Prensip olarak teknede ne kadar güç kullanıyorsanız en az %20 fazlası bir güç üretebilen jeneratör gerekecektir. Örneğin motorunuz 10kW, tekne içinde yaşam için ihtiyaç duyacağınız elektrik 2kW olsun. Toplam 12kW. 12*1,2=~15kVA bir jeneratör kesin uygulanması gerekir.

Aslında mesele bu kadar basit değildir. Zira elektrikli cihazlar jeneratör seçiminde ikiye ayrılır. Resistif yükler, reaktif yükler. Örneğin işin içinde bir motor var ise bu reaktif yüklere girer. Ancak bir televizyon veya bilgisayar resistif yük ile çalışır. Fark şuradan kaynaklanır. Reziztif yük ilk çalışmaya başladığı anda da sürekli çalışırken de aynı güç değerinde ve aynı akımı çeker. Ancak klima veya buzdolabı gibi içinde elektrik motoru olan cihazlar ilk kalkış anında normal çalışma gücüne göre neredeyse iki katına yakın güç, dolayısıyla akım çeker. Örneğin 100W bir buzdolabı motoru ilk start verdiği anda 200W güç çeker. Jeneratörün bunu destekleyebilmesi gerekir. Dolayısıyla reaktif güçleri hesaplarken yük faktörü dikkate alınır bu da jeneratör gücünün artmasına neden olur.

İkinci husus alternatif akımın doğası gereği sistem üzerinde aktif ve reaktif güçler oluşur. Bunun bir nedeni de elektrik motoru aynı zamanda bir jeneratör olarak kullanılabilir demiştik hatırlarsanız dolayısıyla motor dönmeye başladığında bir yandan elektrik çekerken bir yandan da elektrik üretir devir arttıkça da bu çarpışmanın şiddeti artar. Bu iki güç sistem üzerinden karşı karşıya gelerek motorun çalışması için gereken net gücün oluşmasına bir engel teşkil eder. Jeneratörün bununla da başa çıkması gerekir.

Meseleyi fazla teknik detaya boğmadan kısaca ve pratik yoldan özetlemek gerekirse eğer teknenizde 12 kW bir sistem kurulu ise siz en güzeli bunun iki katı 24kVA bir jeneratör alıp kurmalısınız. Bu en temiz çözüm olacaktır.

Jeneratörler AC veya DC olabilir. AC olursa aküleri beslemek için bir AC-DC çeviriciye ihtiyaç duyulacaktır. Ancak gene en temizi DC bir jeneratör alıp bunu bir şarj kontrol ünitesinden geçirip doğrudan akülere bağlamak olacaktır.

Yok eğer tekneniz sadece limanda dolaşacak ise büyük ihtimalle jeneratör gerekli değildir. En kötü bir telsiz çağrısı yaparak olmadı elinizi kolunuzu sallayarak yardım ister bir botun yedeğinde gidip pontona bağlarsınız.

Sahil Bağlantısı (5, 6, 15)

Limanda bağlı iken ve eğer bir şebeke kaynağına ulaşma imkanınızda var ise tekneler genel olarak sahil bağlantısı yapacak şekilde donatılır. Kablonuzu alır sahilde bir fişe takar akülerinizi şarj edersiniz. Ancak bu durumda AC gelen akımı DC ye çevirecek bir eviriciye ve akülerin şarj seviyesini kontrol ederek gerektiği durumda elektriği kesecek bir şarj kontrol ünitesine ihtiyaç duyulacaktır. Artık pek çok invertör içinde şarj kontrol ünitesi ile birlikte üretilmektedir.

Solar paneller ve Rüzgâr Jeneratörü (13, 14)

Teknesinde elektrikli tahrik sistemi kurmaya hevesli herkesin hayali güneşten paneller vasıtasıyla veya bir rüzgâr jeneratörü koyarak elektrik üretelim bununla aküleri doldurup “bedava gezelim”dir. Büyük oranda gerçekleşecek bir hayaldir. Tek bir şart ile güneş ışığını yeterince yakalabiliyorsanız ve bekleyecek zamanınız var ise.

Biz çok şanslıyız ki ülkemiz özellikle denizlerimiz yaz kış günde ortalama 5 saat tam güneşlenme süresine sahiptir. Bu yeterince güneşimiz var anlamına gelir. Ancak diğer taraftan güneş panelleri öyle düşünüldüğü ya da zannedildiği kadar fazla enerji üretemez. Ticari olarak satılan paneller maksimum %16-18 verimle çalışır. Yani gelen ışığın ancak bu kadarını elektriğe çevirebilir, bu birinci husus. İkinci husus buna bağlı olarak daha büyük alanlarda panellerini sermeye gereksinim duyacaksınız ki çoğu tek gövdeli teknede bu kadar alan olmayacak dolayısıyla yeterli sayıda paneli yerleştirecek alan bulamayacaksınız. Tekneniz katamaran gibi geniş bir tekne, miyar güverte kocaman bir alanı kaplıyorsa başka tabi. Daha çok alanınız olabilir. Ancak normal şartlarda tek gövdeli bir teknede akülerinizin tam dolması için uzunca bir süre hareket etmeden beklemeniz gerekecektir. Bu hesabı kabaca şöyle yapabiliriz. İki adet 250W panelimiz olduğunu 48V bir sistemde 200Ah akümüz olduğunu varsayalım. 48V*200Ah=9,6 kW enerjiye ihtiyaç duyacağız demektir. Bu da 9600/500= yaklaşık 20 saat yani 4 gün motor çalıştırmadan ve hiç elektrik tüketmeden beklemek anlamına gelir. Tabi her şey yolunda giderse. Oysa hava açılır kapanır, sistemde panellerde, kablolar üzerinde, evirici cihazlarda hep belli tolerans yüzdeleri ve kayıplar vardır. Sıcakta güneşin altında panel verimleri düşer, eskir gene düşer vesaire. Bunları da dikkate alırsak bu süre en az 5 güne çıkar. Denizin keyfini sürmesini bilen biri için hiç sorun değil ama aceleniz var ise bu güç size yetmeyecektir.

Rüzgâr jeneratörleri de benzer şekilde teknenize takabileceğiniz bir rüzgâr jeneratörü öyle fazla güçlü bir şey olamayacaktır. Zira güç demek ölçeklerin büyümesi demek anlamına geldiğinden öyle devasa bir rüzgâr jeneratörünü teknenizde barındıramazsınız. Bir tekneye bağlanabilecek rüzgâr jeneratörü en alasından 30-50W civarında bir şeyler olacaktır. O da 12 knot falan civarında rüzgârı yakalarsa. Daha güçlüsünü bulup takabilirseniz ne güzel ama bu pek de kolay değil.

Özetle eğer zamanınız varsa, tam bir keyif adamı iseniz yenilenebilir kaynaklar ile hakikaten bedavaya gezip tozabilirsiniz.

Solar panellerin sisteme bağlantısı solar şarj kontrol cihazları ile yapılır, doğrudan sisteme bağlanamaz. Bu hususu da belirterek bu konuyu tamamlayalım.

Sakın yanlış anlaşılmasın, elektrikli teknelerde işi biraz zora sokuyorum gibi görünebilir. Asla böyle bir şey yok. Sadece gerçek durumu net bir şekilde izah etmeye çalışıyorum. Bir teknenin dizel yerine elektrikli bir sistem ile yürütülmesi hiçbir yenilenebilir enerji katkısı olmasa dahi sadece jeneratör desteği ile bile normal bir dizel motor ile tahrik alan sisteme göre orta vadede ilk yatırım ve işletme maliyetleri her şey dahil en az %20 daha tasarrufludur. Bu durum özellikle ticari teknelerde 20 senedir sürekli olarak yarışlardan kutup dairesine kadar pek çok değişik şart altında test edildiğinden bundan hiç şüphemiz yoktur. Tabi kaliteli malzeme ile doğru şekilde uygulanırsa.

Mesele tamamen fizik kuralları ve günümüz teknolojik gerçekleridir. Herhangi bir ürünü pazarlamak gibi de bir niyetimiz olmadığından gönül rahatlığı ile anlatıyorum.

Diğer Bileşenler

Sistemi tamamlayan diğer elemanlara gelirsek akü birleştirme kutusu (3) motora enerji sağlayan çok sayıdaki akünün motora gidecek olan enerji hatları ile buluşup birleştirildiği noktadır. Bus bar (4) sistemin invertör, şarj kontrol cihazları, aküler, jeneratör, kontrol paneli, vb birleşmesi gereken tüm bileşenlerinin artı ve eksi tüm kablolarının ve sigortalarının tek birer hat üzerinde toplandığı bağlantı noktasıdır. Sistem kontrol paneli (12) bu hat üzerinden gelen veriyi okuyarak sistemin genel durumunu sürekli olarak izlememizi mümkün kılar ve sistem performansının log kayıtlarını tutar, var ise hata durumlarını raporlar. Ana şalter (7) adı üzerinde motor aküleri ile motor arasındaki ana kesici noktasıdır. Açıp kapatılarak akülerden motora giden bağlantı kesilir veya aktif duruma getirilir. Hız kolu (10) standart olarak motorunun hızını ve ileri geri hareketini ayarlamak için motor kontrol ünitesi ile kaptanın iletişimi sağlar. Gösterge paneli (11) akülerin seviyesi, çekilen güç, motor devri, kapasite kullanımı, kalan güç ve bunun gibi verileri serdümene ileterek güvenli bir seyir yapılmasını temin eder.

Şekil 8 Gösterge paneli

 

Şekil 9 Sistem kontrol paneli

Gene bu noktada özellikle hatırlatmak isterim, elektrik sihirli bir şeydir. Acemi ellerde çok tehlikeli olabilir. Örneğin basit bir kablo işte denilip geçilemez. Her kablonun çekeceği yük, geçirileceği alanların niteliği, uzunluğu, üzerindeki yalıtımın özellikleri bunun gibi pek çok detay ince ince düşünülerek hesaplanmalı ve buna göre uzman eller tarafından uygulanmalıdır.

Sonuç

Halihazırda pek çok kuzey Avrupa ülkesi iç denizler ve nehirlerinde dizel motor kullanımını bugün itibariyle yasaklamıştır. Diğer bir deyişle denizde elektrikli tahrik sistemleri çevreye katkısı, sunduğu ekonomik faydalar, sessizliği, bakım kolaylıkları ve maliyetleri itibariyle de değerlendirildiğinde gümbür gümbür gelmektedir. Kara taşıtlarında olduğu gibi deniz taşıtlarında da çok da uzak olmayan bir gelecekte sıvı fosil yakıtlı motorların kullanımı azalacak, yerini elektriğe bırakacaktır.

Özellikle akü ve pil sistemlerinde yaşanacak gelişmeler, yenilebilir enerji kaynaklarında olası teknolojik atılımlar ile bu süreç belki de tahminimizden çok daha hızlı şekilde yaşanacaktır. Bu hususların iyice anlaşılıp uygun şekilde değerlendirilmesi gerekir.

Ülkemiz maalesef teknoloji fakiri bir ülkedir. Kendi teknolojilerimizi geliştirmekte bugüne kadar hep geride kaldık ancak bir parça takipçisi ve müşterisi olabildik. Ancak elektrik devrimi kapıdadır. Dolayısıyla bir devlet politikası olarak bu alanda yapılacak araştırma ve geliştirme çalışmaları ve geliştirme ve üretim yapmak üzere kurulacak şirketlere gereken idari ve mali kolaylıklar sağlanmalı ve teşvik edilmelidir.

Bu hem ülkemiz için hem insanlık için hem de tabiatın geleceği ve sağlıklı yeni nesiller için kaçınılmaz 

bir gerçeklik olarak önümüzde durmaktadır. Ben de bu anlamda siz sevgili denizci dostlarımı konunun içine bir parça çekebilirsem bahtiyar olacağım.

Sevgi ve saygı ile rüzgarınız bol, pruvanız neta olsun.

Kaynak:  www.oceanvolt.com

Yazı ve Fotoğraflar: Mehmet Özer  © Copyright  (İzinsiz kopya edilemez)

 

 

Henüz yorum yazılmamış!

Yorum Yaz

500 adet karakter kaldı

Türkiye Yelken Federasyonu 2021 Türkiye Şampiyonası Erteleme Duyurusu

03 Şubat 2021

2021 Türkiye Şampiyonası'nın ilerideki Bir Tarihe ertelenmesine Karar Verilmiştir.

Mutlu Seneler

31 Aralık 2020

Rüzgarınız bol, pruvanız neta olsun.

Ağustos Ayı Yarış Takvimi

30 Temmuz 2018

TYF Ağustos Ayı Faaliyet Programı (Yat - Dragon - Tırhandil - SB - Katamaran)

ÜYE GİRİŞİ

Yazarlar

Facebook

BANNER

Aytaç Gıda

BANNER

Süper Wood Marin

BANNER

Şok Market - Her Hafta Sürpriz Fırsatlar

BANNER

Şok Market - Her Hafta Sürpriz Fırsatlar

BANNER

Profesyonel Gemi Modelciliği

BANNER

Deniz Eskisi | Deniz Antikacısı | DenizEskisi.com

BANNER

Denizaşırı Kışkırtmalar İhanetler ve Tarihi Gerçekler

BANNER

Eskiler ve Antikalar

BANNER

plastmore.com Plastmore - Meant for more

BANNER

Anadolu Feneri - Ali Soysal

BANNER

StatCounter