PRİMER ENERJİDEN DOĞRUDAN DOĞRUYA ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİ

UDK: 621.351+621.362

özet:

Son yıllarda primer enerjiden doğrudan doğ ruya elektrik enerjisi üretimi için yapılan çalış malar ve bu konu üzerindeki gelişme imkânları aşağıda gözden geçirilmektedir. Çalışmalar aşağı daki isimler altında toplanabilir : Magnetohidrodi namik usul, yakıt pili, Termoelektrik ve Termio nik.

Bu usullerden hiçbirisinin yakın bir gelecekte alışılmış enerji üretiminin yerine geçmesi muh temel görülmemektedir. Mamafih gelişmeler kay dedildikçe bu üretim usullerinden özel tatbikat ta (meselâ uzay gemileri gibi) ve ayrıca, umumî sistem randımanını önemli bir derecede artırmak üzere türbo jeneratörlerle birlikte kullanmak suretile faydalanmak mümkün görülmektedir.

Halen enerji üretiminde buhardan istifade su retile çalışan türbo jeneratörlerin nihaî randı manının kıymeti makul bir kat'iyetle tahmin edi lebilmektedir. Buhar devresindeki inkişaflar, bu har evsafı ve jeneratör üzerinde yapılacak çalış malar termik randımanın az da olsa bir miktar artmasına sebep olacaktır. Bu yöndeki gelişmeler, daha yüksek sıcaklık ve basınçların kullanılması nı icabettirdiğinden, tesis bünyesine daha pahalı malzemenin girmesini gerektirmekte ve proje masraflarını da artırarak ilk yatırımı artırmak tadır. Bu güne kadarki gelişmelerle elde edilen daha randımanlı ünitelerde kaydedilmiş olan ma liyet artışları, gittikçe daha büyük kapasiteli üni teler inşa etmek suretile elde edilen tasarruflar la karşılanabilmiştir. Bununla beraber bu maliyet dengesinin ilelebet böyle devam edeceği düşü nülemez. Çok yüksek güçlü ünitelerin her yerde kullanılması mümkün olmadığı gibi, enerji şebe kesine bağlanabilecek ünitelerin muayyen bü yüklükleri aşmaması için teknik tahditlerin ol ması da varittir.

Zamammızdaki kömür veya akaryakıt kulla nan santralların kazandığı en yüksek randıman % 40 civarındadır. Bu çeşit santral randımanın 1980 yılına doğru nihaî kıymet olan % 45'e ulaş nıası beklenmektedir. •

Enerji üretiminin endirekt oluşu randımanı şnurlayan en önemli unsurdur. Primer enerjinin meydana çıktığı nokta ile nihaî mahsul olarak elde edilen elektriğin üretildiği nokta arasına, konvansiyonel santrallarda, ısı eşanjörleri ve muhtelif şekillerde dönen makineler girmekte

Ali AY TEKİN Y. Müh.

Ereğli D. Ç.

dir. Meziyetleri ne olursa olsun atom enerjisinin fosil yakıtlar yerine kullanılması, mutad buhar üretim kazanları ve türbo jeneratörlerde mevcut bünyevî randıman tahditlerini ortadan kaldırma maktadır. Son zamanlarda tecrübeleri yapılan a tom santrallarında randıman % 30 civarında bu lunmuş olup bu kıymet kaydedilen en yüksek randımanlardan bir hayli düşüktür. Mamafih atom santrallarının da randıman ıtibarile fosil yakıt kullanan santrallara ulaşacağına muhakkak nazarile bakılmaktadır.

Yukarda bahsi geçen verim düşüklüklerini telâfi etmek ve ayni. zamanda ilk yatırım ve ba kım masraflarını azaltmak gayelerini güden" ve buhar üretimi ile türbin ünitelerini ihtiva etme yip primer enerjiden (kimyasal, termik ve nük leer) doğrudan doğruya elektrik enerjisi elde etmek konusunda yapılan çalışmalar, son yıllar da gittikçe artan bir ilgi görmektedir.

Daha geçen asırda enerjinin doğrudan doğru ya çevrilmesi meselesinin mümkün olduğu nazarî ve tatbikî olarak meydana çıkmış; ancak bu hu sus, metallerin termo elektrik olayında olduğu gibi, daha ziyade bir lâboratuvar çalışması halin de kalmış ve bundan sıcaklık ölçme tekniğinde faydalanılmış olmakla beraber büyük ölçüde enerji transformasyonunda çok verimsiz bulun muştur. Bununla beraber son zamanlarda atom reaktörü ve roketlerde sıcaklık ve malzeme tek nolojisinde kaydedilen hızlı gelişmeler, âlim ve mühendisleri, yeniden ve daha kesin maksatlar la, primer enerjiden doğrudan doğruya ve daha geniş ölçüde ekonomik elektrik enerjisi elde et me meselelerini tetkike sevketmiştir.

Bulunan sonuçların cesaret kırıcı olduğu söy lenemez. Çalışmalar dört esas fikir etrafında toplanmaktadır. Meseleye henüz ekonomik adde dilebilecek bir cevap alınamamış olmakta bera ber, ümitler belirerek mühim ölçüde araştırma ve geliştirme işlerine girişilmiştir. Dört esas fikir şunlardır :

•1 — Magneto hidro dinamik (MHD) usul (Bir sıcak gazdaki pozitif ve negatif yüklerin ayır dedilmesi),

2 — Yakıt pili (Bir kimyasal reaksiyon esna sında pozitif ve negatif yüklerin ayırdedilmesi),

3 — Termoelektrik çevirme (Termokupl prensibinin tatbiki),

4 — Termionik çevirme (Radyoda kullanılan diyodun tatbiki).

Bütün bu direkt transformasyon usullerini kapsıyan oldukça zengin bir literatür meydana gelmiş bulunmaktadır. Buna, fotosel gibi diğer şekil transformasyonlar olarak kullanılan ve peyk ve feza sondajlarında faydalanılan uzun ömürlü ve kullanışlı enerji kaynakları hakkındaki ya yınları da eklemeliyiz Bu yazıda son 1 2 yılda vukua gelen inkişaflar özetlenmekte, şimdiki du rumun değerlendirilmesi yapılmakta ve ekono mik olarak enerji üretimi bakımından gelecekte beklenenlere temas edilmektedir.

MHD Transformasyon

Yukarda adları verilen dört transformasyon sisteminden, MHD usulü alışılmış türbo jenera tör sistemine en çok yaklaşmaktadır .İki sistem arasındaki en mühim fark şudur: MHD jenera töründe iş yapan akışkan elektrikî iletkendir ve bir mıknatıs alanından geçirilmektedir; halbuki türbin jeneratör sisteminde iş yapan akışkan türbinin dönmesini temin etmekte ve bu da bir iletkenin mıknatıs alanında dönmesini sağlamak tadır. Her iki usulde de Faraday kanunu gere ğince iletkende bir elektrik akımı endüklenmek te olup bunun yönü hareket ve mıknatıs alanına dik bulunmaktadır. MHD jeneratörü Şekil l'de şematik olarak görülmektedir.

Otktrot

Iltktrot

Şekıl • 1 — MHD generatörunün şematik diyagramı

MHD jeneratörü prensip olarak bu kadar ba sit olduğu halde, bununla büyük çapta ekonomik enerji üretimi için kurulacak tesisin bünyesine giren malzeme bakımından bütün modern tek nolojiyi kapsıyan büyük tatbikî zorluklarla kar şılaşılmaktadır. Meselâ, iş yapan alışkan olarak kullanılan akışkanın elektrikî iletken olması ge rektiğini söyledik; şu halde bunun kısmen iyon larına ayrılmış olması iktiza eder. İstenen iyon laşma oranı yüksek olmayıp % 0.1 civarındadır; fakat bunu temin için bir gazı 20C0 3000 °C sı caklığa çıkarmak icabettiği gibi ayrıca buna ko layca iyonlaşan alkali tuzları ekmek gerekir ki bu da konuya yeniden korozyon meseleleri ekle

Elektrik Mühendisliği 9]

mektedir. Bundan maada, oldukça büyük güçler elde edebilmek için gaz hızının birkaçbin kilo metre/saat olması ve birkaç metreküp hacimle gayet kuvvetli bir mıknatıs alanı meydana getiril mesi icabetmektedir.

Yukarda zikredilen meseleler üzerine birkaç Avrupa memleketinde, Japonya'da, ingiltere ve Amerika'da araştırmalar yapılmaktadır. Aşağıda verilen bilgiler esas olarak İngiltere ve Amerika daki çalışmalara ait bulunmaktadır.

Şuna işaret edelim ki elektrik iletkeni olarak kullanılan gazın ayni zamanda termodinamik akışkan clarak kullanılmasına zaruret yoktur. Sheffield Üniversitesinde bir grup iki ayrı gaz kullanarak «Striation» tâdili denen bir usul üze rinde araştırma yapmaktadır. İş yapan (yanma) gazın ısı enerjisi kinetik enerjiye çevrilmekte ve bu da iletken gazı hızlandırmada kullanılmak tadır. Bu suretle iletken gazın anî genişletilmesi suretıle hızlandırılması icabetmediğinden, bu yüzden gaz soğuması ve iletkenlik azalması mey dana gelmemektedir. Esas olarak fasılalı şekilde her iki gaz sıra ile jeneratörün mıknatıs alanın dan geçirilmektedir. Bu usulle daha yüksek üre tim verimi temin edileceği ümit edilmekte ve endüktıf kunlaj tatbiki suretile doğrudan doğru ya alternatif akım üretme avantajının sağlana cağı tahmin edilmektedir.

«Striation» usulünün kıymetlendirilebilmesi için yeniden bir hayli tecrübî çalışma yapılma sına lüzum vardır. Eğer güvenilir miktarda üre tim imkânı hasıl olursa ayrıca maksada uygun elektrotlar geliştirilmesine de ihtiyaç olacaktır. İngiltere'deki Millî Elektrik İdaresine ait bir lâ boratuvar raporuna göre, çok uzun ömürlü ve is tikrarlı elektrot olarak soğutmalı metal yüzey leri kullanılması teklif edilmektedir. Bu yüzeye gaz akımı sonucu olarak ince bir karbon tabaka sı konacağı ve bu tabaka yenildikçe yerine yeni den karbon birikerek muayyen bir kalınlıkta bir tabakanın muhafaza edileceği ve bu sayede elek trot yüzeyinin daima ayni kalacağı ileri sürül mektedir. Elektrodun karbon yüzeyi bu esnada sıcak olacağından elektron neşrederek gaz ilet kenliğini de artırmış olacaktır.

Jeneratörün muayyen noktalarında nisbî yük sek yoğunluklarda iyonizasyon meydana getirme usulleri, bilhassa termik olmıyan usuller bulun ması için büyük gayretler sarfedilmekte ve bu suretle aşırı gaz sıcaklıklarından uzaklaşmağa çalışılmaktadır Bilhassa gaz akımını konsantre elektron ışınlarına maruz bırakarak, bu araştır malarda mahdut bir başarı sağlanmışsa da, üre tim şartları altında iyonizasyonun ne kadar za man devam ettiği hususunda pek az bilgi mev cuttur.

MHD hakkında Amerika'da yayınlanan iki rapor çok dikkate şayan bulunmaktadır. Birinci raporda 10 kW gücünde bir tecrübî generatörün 50 dakika çalıştırıldığı bildirilmektedir. Bundan evvelki tecrübelerde ( 1 2 yıl önce) aşırı ısınma scnucu durmalar sebebile bu generatörler 5 da kikadan az çalıştırılabildiğine göre, yukarda bil dirilen süre önemli bir ilerleme mahiyetindedir. Diğer raporda 600 kW. lık bir makinenin işletil diği ve 2000 kW güçlü bir diğerinin de proje saf hasında olduğu bildirilmektedir. 600 kW. güçlü olan makine aşırı ısınmadan evvel sadece birkaç saniye çalışabilmekte ise de böyle kısa süreli, ça lıştırmalardan dahi değerli bilgiler elde edilebil mektedir. MHD geenratörünün ticarî bakımdan il gi çekebilmesi için, gücünün birkaç megavrata ulaşması ve günlerce veya haftalarca devamlı ça lışabilmesi gerekmektedir. Bu hususa ilerde dönü lecektir.

Y akıt Pili

Yakıt pilinin prensibi esas ıtibarile bildiğimiz normal elektro kimyasal pillerin aynidir. Bu prensibe göre bir yakıttaki valans elektronları yanma mahsulleri tarafından kapılmadan tutu labilmekte ve bunlara faydalı iş yaptırılmakta dır. Alelade yanma olayında ısı şeklinde enerjiye dönüşmektedir. Elektro kimyasal pillerde ise bu enerji ısı haline dönmeden ele geçirilmektedir. Bu usulde Carnot devresine ve bunun verimi tah dit eden tesirine girilmemektedir. Halbuki gerek konvansiyonel ve gerekse yukarıda sıralanmış o lan direkt transformasyon sistemlerinde Carnot devresine girilmektedir. Bu sebepledir ki bütün bu sistemler içerisinde «intrinsik» olarak en yük sek randımana sahip olabilen sistem yakıt pilidir. Hakikaten, bu tip pillerde % 80 randıman elde edildiği yayınlanmıştır.

Faydalı ve portatif bir enerji dönüştürücüsü olan normal piller, geniş çapta enerji üretimi için tamamen faydasızdır. Böyle bir kullanmaya imkân vermeyen başlıca mahzurlar arasında baş ta kısa ömür ve pahalılık gelmektedir. Bir el fe nerinde kullanılan elektrik enerjisinin maliyeti nin kWh başına birkaç sterlin (1 sterlin = 25 lira) olabileceği hesaplanmaktadır. Bu sebeple normal piller, sarfiyatı gayet az olan el feneri ve transistorlu radyo gibi sahalarda kullanılabilmek tedir.

Normal pillerde enerji maliyetinin bu kadar yüksele olmasına başlıca sebep, tipik bir pilde okside olan yakıtın çinko gibi nisbeten pahalı bir metal oluşudur. Konvansiyonel pillerin faydala rına sahip olup bunların mahzurlarını ihtiva et miyen bir elektro kimyasal enerji ünitesine olan ihtiyaç dolayısile yakıt pili fikrine gidilmiş, yani, devamlı olarak ucuz yakıt beslemek suretile ça lışan bir elektro kimyasal pil düşünülmüştür.

Böyle bir pilin yanma mahsulleri devamlı olarak reaksiyon yerinden uzaklaştırılmalıdır. Burada bilhassa tebarüz ettirilmelidir ki ucuz yakıttan kasıt, fosil yakıtlar olan kömür ve akaryakıttır. Yahut ta bunlardan kolayca elde edilebilen diğer maddelerdir. Saf olmıyan hidrojen de nisbeten ucuz olmakla beraber, bu gazla çalışan piller çok saf hidrojene ihtiyaç göstermektedir. Çok saf hidrojen ise gayet pahalıdır.

Pillerde uygun bir yakıt bulunmasile ilgili bir mesele de, kimyasal reaksiyonu hızlandırmak ve bu suretle geniş çapta ekonomik üretim .yapabil mek için muayyen bir özgül üretim gücünü sağ lamaktır. Normal olarak, reaksiyon kinetiğine göre, olayın sıcaklığını ve basıncını artırmak .akla gelmektedir. Bu ise, maalesef, korrozyon hızını artırdığından, korrozyona karşı çok dayanıklı elektrotlar yapılabilinceye kadar esaslı bir tedbir olamıyacaktır. Elektrot malzemesi ve imalâtı ko nusunda halen esasa müteallik geniş araştırma lara devam edilmektedir. Katalizör ve sair suret te elektrot yüzeylerinin aktif duruma getirilmesi reaksiyon hızını artırabilecektir. Bu gibi araştır maların sonuçları yakıt pillerinden başka, sana yide, elektroliz işlerinde kullanılan elektrotlara da yararlı olabilecektir. Belki de bu yüzdendir ki, konu, literatürde genel olarak ele alınmakta, fakat ticarî kıymeti olan hususlar kapalı bırakıl maktadır.

Reaksiyon hızını artırmak için kullanılabile cek esas bir usul, yakıt, elektrolit ve elektrot ara sındaki üçlü sınırı genişletmektir. Zira bu sınır sahasındadır ki esas reaksiyon yer almaktadır.

Cksljin

Baamçlı HLdrotea

Şekil • 2 — t.Hvdrox» tipi yakıt pili Hidrojen ok sitlenmesınde çıkan enerji direkt olarak elektrik enerjisine çevrilmektedir

Yakıt gaz olduğu takdirde bu husus, şekil 2'de görüldüğü gibi geçirgen gaz difizörü olan elek trotlarla sağlanmaktadır. Diğer taraftan gaz ya kıtlar depo edilmeğe müsait değildir. Bu arada methanol denen bir sıvı, yakıt olarak teklif edil mektedir. Bu yakıtı kullanmak suretile kısa sü reler için akım yoğunluğu yükselmekte ise de az zamanda «formate» teşekkül etmekte ve bu da methariolun reaktivitesini bozarak pili boğmak tadır. Formate'i ortadan kaldırmak için kullanı lan usulde pilin randımanını son derece azaltmak icabetmektedir.

Kömür tozu gibi katı yakıtların pillerde di rekt olarak kullanılmasının uzun zamana muhtaç olduğu sanılmaktadır. Bu gibi yakıtların endirekt olarak veya rejeneratif sistemlerde bir rol sahibi olabileceğine işaret edilmektedir. Bu meyanda, elektrotlarda yakıt ve okside edici yerine sair daha hızlı reaksiyonlar ikamesi düşünülmekte, ve asıl pilin dışında başka bir yerde yakıt ve ok side edici maddeleri kullanarak bu hızlı reaksi yon veren maddeleri tekrar türetme hususu ta sarlanmaktadır. Bu tasarı şekil 3'te gösterilmiş tir.

Şekil . 3 — Rejeneratıt yakıt pilinin şematik diyagramı

Son zamanlarda hakkında bilgi verilmiş olan böyle bir sistemde, anotta çinko amalgam'ın ok sitlenmesile elektrik enerjisi üretilmektedir. Bu reaksiyon normal sıcaklıkta yer almaktadır Oksi de olmuş olan metal rejenerasyon odasına sev kedilmekte ve orada yüksek bir sıcaklıkta tutu lan kömürle temasla oksitten metal rejenere ol maktadır. Bu sırada kömür devamlı olarak kar bon monoksit haline gelmekte ve rejenere olmuş metal de tekrar pilin içine avdet etmektdir. Me tal bu devreyi mütemadiyen dolaşmaktadır. Bu sistemde kullanılan amalgam, nisbeten pahalı bir madde olduğu halde, sarfedılmemektedir ve sa dece kömürün devamlı olarak oksidasyonunu te min eden katalizör etkisi yapmaktadır. Yukarda kı izahtan anlaşıldığı üzere, pili işletmek için ge rekli olan enerji kömürün yanmasından elde edil mektedir

Teklif edilmiş olan diğer bir rejeneratif sis temde, elektrotlarda meydana gelen reaksiyon mahsullerinin bir atom reaktöründen dolaştırıl ması tasarlanmaktadır. Bu esnada termik veya radiyolitik avrışma yoluyla reaksivon öncesi mad delere rücu edilecektir. Ancak termik ayrışma halinde Carnot devresine girilmekte ve umumî randıman bu suretle sınırlanmış olmaktadır. Di ğer bir tasavvura göre ise, yukarda zikredilen re jenerasyon için güneş ışınlarından faydalanma dır. Bu sistemde aktive etme işi foto kimyasal ayrışmaya dayanmaktadır.

Tekrar direkt yakıt pillerine avdet ederek, bir iki kelime ile biokimyasal piller üzerine ya pılan tecrübelerden bahsedelim : Bu sistemlerde organik cisimlerin çürümesinden (oksidasyonun

dan) bakteri katalizörü muvacehesinde elektrik enerjisi meydana çıkmaktadır. Bu çeşit pillerin ilerde pratik kaynaklar olarak kullanılması ihti mali zayıf görülmektedir. Bununla beraber bu pi lin yakıtının ucuzluğuna işaret edilmelidir Bu çeşit piller için en uygun yakıt olarak, halen bir hayli masrafla kanalizasyonlarla denize dökülen veya sair şekillerde imha edilmekte olan artık maddeler gösterilebilir.

Yakıt pilleri enerji ihzar sanayii için enerji depolamaya yarıyan bir tertip olarak tezahür et mektedir. Nazarî olarak bunun çalışmasının izahı ters yönde çalışan elektroliz gibi tavsif edilebilir ve bu işlem puant dışı enerjiyi kullanmakla olur; elde edilen gazlar daha sonra puant zamanında pilde yakıt olarak kullanılmaktadır. Burada gö rülen zorluklardan biri gazların depo edilmesi hususudur. Daha zor olan diğer bir husus da her iki yönde, yani, hem pil ve hem de elektrolizör olarak verimli bir şekilde çalışabilecek bir tek tesis halinde tertip edilmesi keyfiyetidir Yakıt pili ve elektrolizör olarak ayrı ayrı tesisler kul lanan tertipler de düşünülmektedir. Tabiatile bu takdirde tesis maliyeti çok yükselmektedir

Yakıt pillerinin arzettiği ekonomik imkâna bir delil olarak, 1961 yılının sonuna doğru, bu konuyu faydalı bir duruma getirmek ve ayrıca geliştirmek için bir şirket kurulduğunu bildirmek icabeder. Bu konu İngiltere'de Millî Araştırma ve Geliştirme Müessesesince tetkik ettirilmiştir. Yeni kurulan şirket Amerika'daki bazı firmalarla patent anlaşmalarına da tevessül edecektir.

Termo Elektrik Usul

Termo elektrik olayın esası aşağıda ele alın mış bulunmaktadır. Farklı iki iletkenin, sıcaklık ları da farklı olduğu takdirde, bağlantı noktaları arasında bir elektrik potansiyel farkı meydana gelmektedir. Bu olayın kâşifine atfen, beher de rece sıcaklık farkından husule gelen potansiyel farkına Seebeck katsayısı denmektedir. Elektrik enerjisini bu sistemle üretmedeki randıman, bağlantıyı meydana getiren malzemenin Seebeck katsayısına ve yine bu malzemenin elektrik ve termik iletkenliklerine bağlı bulunmaktadır. Yük sek randıman elde etmek için gerek Seebeck katsayısının ve gerekse elektrik iletkenliğinin yüksek olması şarttır. Diğer taraftan ısı iletken liği düşük olmalıdır ki gerekli sıcaklık farkı da ha uzun zaman muhafaza edilebilsin ve buna orantılı olarak meydana gelecek olan potansiyel farkı büyük kalsın. Bu vasıflar en uvgun şekil de metallerde değil de yarı iltkenlerde bulunmak tadır. Yarı iletkenler N ve P diye iki tipte olduk larından ve bunlar da negatif ve positif akımları taşımak özelliklerine sahip olduklarından, bun lardan N ve P tiplerini sıra ile dizerek akımla

rın birbirini takviye etmesi imkânı mevcuttur. Bu husus şekil 4'te gösterilmiştir. Bütün metal lerde akım taşıyıcı zerreler yalnız bir çeşit olup bu da elektrondur. İki farklı metalden yapılmış olan bir termo pilde akımlar birbirine zıt yönde olduğundan, bileşke akım, ardarda gelen iki eleman akımlarının farkı kadardır.

Metallerden yapılmış termo pillerde % 3'ten daha az randıman alınabildiği halde yarı ilet kenler ile % 18 veyahut % 19 randıman alındı ğı bildirilmektedir. 1955 1960 yılları arasındaki beş yıllık devrede termo elektrik malzemelerin gelişmesinde büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. Buna güvenerek söylenebilir ki gelecek beş. yıl içerisinde % 30 randımana ulaşılabilecektir. Ma mafih 1960 tan sonraki ilerlemeler marjinal kal mıştır ve tahminlerde de bu yüzden aşırılıktan kaçınılmaktadır. Hakikat şudur ki yarı iletken ler halen daha iyi anlaşılmış olduğundan, mühim ölçüde daha yüksek randıman verebilecek mal zemelerin keşfedilebilmesine yarıyan nazarî se bepler ortada yoktur. Bu sahadaki çalışmalar, yeni, revolüsyoner malzemeler keşfedilmesi ümi dile şümullü araştırmalara koyulmak olmayıp, daha ziyade elde mevcut malzemelerden âzami şekilde istifadeyi sağlama gayesini gütmektedir.

Saçak Sı Terleri

Şekil: 4 — Termopllin şeması Eğer A ve B yarı iletken olursa akımlar birbirine eklenir. Metal halinde A ve B deki akımlar sıt yöndedir.

Yukarda zikredilmiş bulunan randımanlar, elektrik enerjisine çevrilen enerji kısmının, ter mo elektrik malzemeye giren ısı enerjisine ora nıdır. Tatbikatta, yapılan generatörlerde yukarda verilen değerlere yaklaşılamamaktadır. Buna se bep olarak, ısı kaynağından gelen akımın tamamı termo elektrik malzemeden geçmemektedir. Bun dan maada temas noktası direnci, kullanılabilir enerji miktarını bir dereceye kadar azaltmakta dır. '

Bugüne kadar yapılan tecrübî generatörlerde, biraz evvel bahsedilen sebeplerden dolayı, umu mî çevirme randımanı, termo elektrik malzeme ye ait intrinsik randımanın yarısı kadardır. Pro je ve teknik gelişmeler sonucu olarak durumun .biraz daha inkişafı beklenmektedir. Randımanı

artırmak için aşikâr bir çare, bazı tertiplerle ısı kayıplarını asgarî hadde indirmektir. Malzemenin ısınma özellikleri üzerinde inceleme yapmak ve muayyen çalışma sıcaklıkları için segmanlara en uygun gelecek katkı maddesini bulmak suretile de gelişmeler kaydedilebilecektir. Son zamanlar da yarı madensel maddeden olan sıvama malze mesi bulunduğundan, bunun tatbiki sonucunda enerji üretimine yarıyan ek yerindeki direnç çok azalacaktır.

Bunlar ve benzer çarelere başvurularak, yük sek sıcaklıklarda devamlı ve intrinsik olarak ran dımanlı çalışan malzeme kullanarak % 15 randı manlı pratik termo elektrik generatörler yapı labileceği sanılmaktadır. Termopillerin, güneş ışınlarından faydalanmak suretile, itimada şayan ye kullanışlı bir generatör olarak uzay gemilerin de veya yeryüzünün bilinen yakıtlarından mah rum uzak ve hücra köşelerinde kullanılması mümkün görülmektedir.

İngiltere'de geniş Ölçüde .termo elektrik üre tim yapılması meselesi tetkik edilmiştir. Serde dilen bir kanaate göre, halihazır atom veay fosil yakıt kullanan santrallarda kullanılan buhar dev releri üstündeki sıcaklıklarda çalışabilen bir ci haz vaitkâr bulunmaktadır. Böyle bir termo elek trik tertibin sıcak ek noktaları, doğrudan doğru ya muhtemelen 1000 ° C üstünde yakıtla ısıtıla cak ve soğuk noktalar (600 veya 700 ° C) ısıları nı buhar devresinin giriş enerjisi olarak buraya boşaltacaktır. Topper denen bu tertiple buhar devresine dokunulduğundan, meselenin çözümü basit değildir. Böyle bir cihazın umumî olarak ekonomik olabileceği veya sadece özel hallerde kullanılabileceği hususlarında kesin bir kanaate varabilmek için müstakbel araştırmaların sonuç larını beklemek gerekmektedir.

Termiyonik Usul

Isının termiyonik usulle elektrik enerjisine çevrilmesi aşağıda özet halinde anlatılmıştır. Bir diyod lâmbanın katoduna ısı tatbik edilmekte ve bu şekilde katottaki elektronlar tahrik edilmek tedir. Bunlar kâfi derecede tahrik olunca katot tan kurtulmaktadır. Bu elektronlar anoda akmak ta ye buradan dış devre yoluyla dolaşarak fay dalı iş yapmaktadır. Diyod dönüştürücünün ran dımanını sınırlayan yegâne faktör, katod önün deki boşlukta toplanan elektrik yükünün etkisi dir. Bu yükün fazla miktarda toplanmasına mü saade edildiği tkdirde, katottan çıkan elektron akımı bastırılmaktadır. Randımana tesir eden di ğer faktörler, elektrotların «iş fonksiyonu» de nen sabiteleri ve sıcaklıklarıdır. Yüksek randı man için bu sabitenin anot için düşük ve katot için yüksek olması gerekmektedir. Katot iİe anot arasında büyük bir sıcaklık düşümü de şarttır;

tipik sıcaklıklar, katot için 1500 2000° C ve anot için bunun yarısı kadardır.

Esas katod

Elektron yayan yardıacı lagara

Aaod

Elektrik yükü

1 O VvVW\AAA Q Şekil : 5 — Yardımcı deşarjlı bir termiyonik dönüştürücünün şematik 'diyagramı

Son yılda gelişen çalışmalar yine katot önün deki elektrik yükünün (mekân yükü) direkt yol larla veya endirekt olarak ortadan kaldırılması ile ilgili bulunmaktadır. Sözü geçen yükü orta dan kaldırmak için en ümit verici mahiyette gö rülen ve aşağıda açıklanan tecrübe çalışmaları da yayınlanan hususlar meyanmdadır; Elektrot lar arası sahaya alçak basınçlı iyonize olmuş bir gaz konulmaktadır. Gazda bulunan pozitif iyon lar, sahadaki elektron bulutunu nötralize etmek te ve akımın geçmesini sağlamaktadır. Tecrübe lerde, Sezyum buharı, plasma olarak kullanılan maddelerin başında gelmektedir. Zira bu madde sıcak katotla temas eder etmez kolayca iyonize olabilmektedir. Bununla beraber korrozif hassa ları olan bu madde, uzun ömürlü olmaları icabe !den enerji dönüştürücülerinde pek kullanılacağa •benzemiyor. Kerroziyondan maada, bu maddenin katotta iyonize olması, enerji yönünden de pek randımanlı değildir. Bu reaksiyon giriş gücünün mühim bir kısmını harcamaktadır.

Bu zorlukları bir tarafa bırakmak için tabia tile başka yollar aranmıştır. Üçüncü bir elektro dun yardımcı deşarjından faydalanmak bilhassa cazip görülmektedir. Şekil — 5'te Bernstein ta

Elektrik Mühendisliği 01

rafından teklif edilmiş bir tertip bulunmaktadır. Termiyonik olarak yardımcı elektrod tarafından neşredilen elektronlar tatbik edilmekte olan bir gerilimle hızlandırılmaktadır, bu sayede elektrot lar arası sahadaki gaz iyonize olmaktadır. Plâz ma yoğunluğu arttığı takdirde, yardımcı elektro da ait herbir ıskara teli etrafında pozitif bir iyon tabakası meydana gelmektedir. Tatbik edilen bü tün voltaj bu incecik tabakada tezahür ettiğin den mahallî alan şiddeti son derece yüksektir. Elektronlar hızlandırılarak bu tabakadan geçer ve tek enerjili bir akım olarak gaz bölgesine girerler. Langmuir göstermiştir ki böyle bir yardımcı elektrot sayesinde, ıskarada pek az ka yıp vererek büyük elektron akımları nötralize edilebilmektedir.

I

Bu tip deşarj katotta temas suretile iyonizas yona dayanmadığından, kullanılacak olan plâzma gazının iyonizasyon potansiyelinin, katodun iş fonksiyonundan daha düşük olmasına ihtiyaç yok tur. Bu durumda Sezyum'dan daha az korrozif gazların kullanılması imkânı belirmektedir. Saf veya cıva buharı ile karışık asil gazlar en uygun görülmektedir. Londra'da Imperial College'de yapılan başarılı deneylerde Argon ve Argon Ci va karışımı kullanılmıştır. Bu dönüştürücüdeki iyonizasyonun maliyeti, çıkıştaki beher amper başına 0,05 0,1 wattır. Sezyum'dan yapılan tipik diyodlar için bu kıymet 0,2 wattır.

Yardımcı deşarjlı dönüştürücünün diğer bir faydası da alternatif akım. yapabilme imkânıdır. Yardımcı deşarj söndürülünce cihaz elektrik ilet me hassasını kaybeder. Deşarj devresini başlatın ca 1 milisaniyeden daha kısa bir zamanda cihaz tekrar iletken hale gelmektedir. İki cihaz böyle ve puş pul vaziyette çalıştırılınca alternatif akım meydana gelmektedir. Alternatif akunlı halde çalıştırmada randıman daha düşük olmak tadır. Buna sebep, çalışmama halindeki yarım devre esnasında termik enerji kayıpları yine mev cuttur. Bununla beraber halen mevcut katod malzemesi ile a. c. çalışması halinde % 20 randı man almak mümkün görülmektedir. Malzemede Vukubulacak inkişaflarla randımanın % 30 a yük selmesi mümkün görülmektedir.

DİREKT ÇEVİRMENİN ALIŞILMIŞ ENERJİ

ÜRETİMİNE Y ARDIMCI OLARAK DURUMU

Direkt enerji çevirimi için yukarıda incelenen cihazlar içinde yakıt pili en randımanlı olandır. Mamafik bol ve ucuz bir yakıta dayanmadıkça bilhassa geniş çapta enerji üretme ümitleri can lanamamaktadir. Askeri maksatlar ve uzay ça lışmaları hariç diğer tatbikatta yakıt pillerinin ilk umumî kullanma sahası itme (propulsion) tatbikatı olabilir.

Elektik Müheridisliftl 91

TÜRKİYE'DE İLK DEFA

Umumî telefon santralları bakımından bugün dünya üzerinde mevcut en modern ve en ilen telefon teçhizatı olan Ericsson Crossbar ile teç hiz edilmek, Türkiye'de ilk defa Afyon şehrine kısmet olmaktadır. Resimlerde halen montajı ya pılmakta olan telefon santralından" bazı kısımlar görülmektedir Bu santral, pek yakında servise girecektir.

Crossbar tıpı LM Ericsson santralları. öncelikle ve uzun tetkikler sonunda Avustralya, Tunus ve Mısır gibi memleketlerde bundan böyle kullanı lacak tek sistem olarak kabul edilmişlerdir. LM Ericsson mamûlâtından olan Crossbar santralları bugüne kadar "birçok memleketlerde hizmete so kulmuş olup, bunlar meyanında Amerika, Kana da, Brezilya, Kolombiya, Fransa, Hollanda, Dani marka, Burma, Tayland, Finlandiya, isveç ve da ha pek çok memleket sayılabilir. Bugüne kadar L M Ericsson Crossbar sisteminden takriben cem'an 4 milyon hatlık teçhizat tesis edilmiş ve ya siparişe bağlanmış bulunmaktadır.

Bugün için Afyon santralı, modern tekniğin en son yeniliklerine sahip bulunmaktadır. Şehirler arası ve milletlerarası telefon konuşmalarının ileride otomatikleştirılmesi halinde bu gibi ko nuşmalara imkân verecek gerekli teçhizat daha şimdiden Afyon santralına monte edilmiş vazı yettedir. Santrala bu imkânı kazandıran hususi yet ise, sinyal gönderme sisteminin, en modern sistem olan teyidli çok frekanslı sinyal gönder me sistemi oluşudur, ki böyle bir sistemin kul lanılması, otomatik şehirlerarası aramaları için bir lüzum olarak kendini gösteren süratli ve has sas bir transmisyona imkân vermektedir

Diğer sistemlerin enerjiyi termikten elektriğe çevirme randımanı düşüktür ve konvansiyonel üretim (türbo jeneratör) ile bu yönden reka bet edemezler. Buna rağmen zaman zaman, kon vansiyonel üniteler yerine direkt üretim cihaz ları kullanılarak yatırım ve bakım masraflarının azalacağı ve genel olarak üretim maliyetinin dü şürülebileceği şeklinde fikirler serdedilmefctedir. Direkt üretim usulü henüz tecrübî bir safhada olduğundan hakikî ve tafsilâtlı maliyet hesapları çıkarmak büyük bir kıymet arzetmez." Mamafih ön etüdlere göre mutad üretim sistemlerinin direkt sistemlerle değiştirilmesi ekonomik bu lunmamakta ve bu halin uzun müddet böyle de vam edeceği kuvvetle muhtemel görülmektedir.

Ancak, direkt üretim usulleri alışılmış usul lerle yapılan üretime yardımcı mahiyette müta lâa edilirse, bu takdirde mesele ayrı bir veçhe arzetmektedir. Modern buhar türbinleri 600 ° C ile normal muhit sıcaklığı arasında çalışmakta dır. Yakıtların yanma esnasında meydana getir diği sıcaklıklar 2000 ° C üstündedir. Görüldüğü gibi yanma yeri ile buhar arasında 1400 ° C ka dar bir fark vardır ve işte bu fark bir enerji üre tim imkânı olarak meydana çıkmaktadır. Uygun evsafta malzeme bulmada karşılaşılan zorluklar (türbin kanatçıkları ve diğer rotor aksamı için) ve daha yüksek sıcaklıklarda malzeme evsafını muhafaza edememe gibi sebeplerle, türbo ge neratörlerin bugünkünden çok daha yüksek sı caklıklarda çalıştırılmaları hiç te muhtemel gö rülmemektedir. Direkt generatörlerde hareket eden kısımlar olmadığından, yukarda bahsi geçen mesele okadar önem arzetmemektedir. Bu sebep

le direkt üretim cihazları, 600 ° C altında daha düşük randımanlı olmalarına rağmen, bu sıcaklı ğın üstünde enerji üretilmesi imkânını sağlamak tadır. Geniş çapta enerji üretimi için direkt ge neratörlerden şöyle faydalanılması en fazla muh temel görülen bir tatbikattır : Direkt generatör, yanmadaki yüksek sıcaklıktan istifade etmek üze re yakıttan evvelâ isifade edecektir; müteakiben de 600 ° C civarında kalan kullanılmamış ısı tür bine devredilecektir. Bu şekildeki bir tertiple di rekt üretim sayesinde umumî santral randımanı muhtemelen % 60'a kadar yükselebilecektir.

Muhtemelen mutad santrallarla birlikte kul lanılabilecek ilk direk generatörler, fosil yakıtla çalışan MHD üniteleri olacaktır. Daha sonraları yüksek sıcaklıktaki atom reaktörleri ile akuple olarak MHD veya termiyonik generatörler kulla nılması mümkün görülmektedir. Halihazır düşün ceye göre termo elektrik cihazlar tamamen ekar te edilmemektedir. Ancak bunlar diğer tiplere na zaran daha düşük randımana sahip bulunmakta dır.

Primer enerjiyi doğrudan doğruya elektrik enerjisine çevirmek için daha birçok yollar mev cuttur. Bu usuller meyanında foto elektrik olay, pyro elektrik ve piezo elektrik olaylar zikredi lebilir. Mamafih büyük mikyasta enerji üretimin de bu usullerden faydalanma imkânı ihtimal da hilinde bulunmamaktadır. Her geçen gün bu sa hada yeni yeni olaylar bulunmakta olduğu ya yınlanmaktadır ve hiç şüphe yoktur ki bu sa hadaki çalışmalar ve gelişmeler artık yakından takip edilmeğe değer bir konu haline gelmiştir.

Bu konudaki geniş bir referanslar listesi The English Electric Journal Dergisi'ntn Eylül Ekim 1982 sayısında verilmiştir

SAYIN OKURLARIMIZA

Bu sayımızdan itibaren dergimizde «okuyucuya hizmet kartı» adını verdiğimiz bir kart bulacaksınız. Bu kart, dergimize reklâm veren fir malarla üyelerimiz arasında çabuk ve kolay bilgi alışverişini sağlamak amacıyle ihdas edilmiştir. Reklâm veren firmalarla dergimizin daimi ve yakın teması vardır. Bu bakımdan, Dergimizde reklâmını gördüğünüz herhangibir firmanın mamulleri, ithal ettiği malzeme ve cihazlar, çalış ma alanı gibi hususlarda bilgi almak veya broşür, izahname, fiyat listesi temin etmek istiyorsanız dergimize ekli olarak verdiğimiz okuyucuya hiz met kartını doldurarak Odamıza postalayınız. Odamızın aracılığı size fir malardan çabuk ve yakın ilgi sağlayacaktır.