Taşımacılık/Ulaşım Sektörü ve Süperiletkenlik Uygulamaları

Ulaşım sektörü dünyanın her yerinde farklı türde sorunlar ile karşı karşıyadır. Dünya genelinde insan ve yük taşıyan sistem ve teknolojilerin üzerindeki baskıların artması, artan rekabet, petrol piyasalarındaki dengesizlikler, geliştirilmiş yeni ve ekonomik sistemlere duyulan istek gibi çeşitli faktörler sorunları da beraberinde getirmektedir. Özellikle gelişmiş ülkelerde taşımacılık/ulaştırma sektörü genellikle elektrik enerjisi ile sağlanmaktadır. Bu durum elektrik sarfiyatında önemli artışlara yol açmaktadır. Buna karşılık süperiletken bu sektörde kullanabilindiği takdirde verimlilik ve performans artırabilecek, petrole veya elektriğe dayalı tüketim de önemli ölçüde azaltabilecektir.

Örneğin Süperiletken yüksek hızlı trenler veya gemi motorları gibi birçok sistem gelecekte ciddi avantajlar sağlayabilecektir. Bunlar içerisinde süperiletken trenlerin tasarım, test ve prototip etaplarını başarı ile geçip yolcu taşımacılığında kullanılmaya başlanması (shanghai havaalanı ile şehir merkezi arasında yaklaşık 25 mil) yakın gelecekte süperiletkenliğin bu sektörde önemli roller oynamaya başlayacağının bir delili olarak görülmektedir.

i- Süperiletken (Manyetik) trenler (MAGLEV)

Dünya’da birçok ülkede yolcu ve yük taşımacılığı çoğunlukla raylı sistemler kullanılarak yapılmaktadır. Çünkü bu yol genel olarak diğer ulaştırma yöntemlerine göre kısmen daha ucuz olmaktadır. Uzun mesafeli ekspres tren istasyonlarının genellikle şehir merkezlerinde olması, diğer ulaşım gereçlerine göre (hava yolu veya otobüs) kısmen daha ucuz ve güvenli olması raylı sistemleri her zaman avantajlı bir konuma getirmektedir.

Süperiletken magnetler yardımı ile çalışan süperiletken (manyetik) trenler hedeflerine tam anlamıyla “uçan” bir şekilde, yerden belirli bir miktar havalanarak (manyetik levitasyon ile), 550km/s’i aşan hızlarla ulaşabilmektedirler. Süperiletken magnetler konvansiyonel magnetlere göre daha hafif ve daha az güç gereksinimleri nedeniyle bu tür uygulamaların vazgeçilmez enstrümanları olarak anılmaktadırlar. Genel olarak çalışma prensibi; Vagonlar içerisine yerleştirilen DC süperiletken manyetik bobinler (levitasyon bobinleri) yardımı ile elektro dinamik suspansiyon prensibidir. Tren hareket ettiğinde hareket eden manyetik alan levitasyon bobinlerinde bir akım oluşturup ve trenin içerisindeki süperiletken magnetler tarafından oluşturulan manyetik alan ile etkileşime girdiklerinde de levitasyon başlar.


Manyetik levitasyon ile raylara değmeden hareket eden MAGLEV treni, Shanghai hava alanı ile şehir merkezi arasında 25 millik mesafede yolcu taşımada kullanılmaktadır.

Şu anda Japonya ve Almanya da test çalışmaları yapılan ancak Çin’de günlük kullanımda olan bu süperiletken trenlerde LTS malzemeler kullanılmaktadır. Ancak daha düşük soğutma maliyeti ve yüksek stabilite sağlayacak HTS magnetlerin manyetik trenlere uygulaması üzerinde araştırmalar yoğun bir şekilde sürmektedir. Nasıl ki 20 yy içerisinde uçaklar taşımada bir devrimi gerçekleştirdiyse 21.yy da da süperiletken trenlerin benzer devrimi gerçekleştirecekleri beklenmektedir. Japonya ve Almanya da gelecek 15 yıl içerisinde yolcu taşımacılığı için bu trenleri kullanacaklarını açıklamışlardır.

ii- Gemi itme sistemleri:

Son 20 yıl içinde gemi tasarımcıları elektrikli itme sistemlerinin avantajlarını görerek bu konu üzerinde ciddi çalışmalar yapmışlardır. Aslında bu değişim 1920′ lerde dizel motorların gemilerde kullanımına başlanmasından bu yana gemi tasarımında en önemli değişiklik olarak düşünülmektedir. Elektrikli itme sistemleri yeni ve daha esnek düzenlemelere olanak sağlayıp gemilerin enerji kullanan sistemlerinin daha verimli çalışmasını sağlar. Ancak elektrikli itme motorları ve jeneratörlerinin büyük boyutlu, ağır ve geleneksel bakır tabanlı olması gemiler için elektrikli itme sistemlerinin geniş ölçekte benimsenmesinde büyük bir engel olarak tasarımcıların karşısına çıkmaktadır.

Bu sorun son yıllarda süperiletken motorlar ile çözülmeye çalışılmaktadır. Çünkü HTS kablolar ile yapılan süperiletken motorlar ve jeneratörler hacimsel olarak daha küçük ve hafiftir. Aynı kapasiteye sahip çalışan prototipleri karşılaştırıldıklarında süperiletken motorlar geleneksel bakır karşıtlarının yaklaşık üçte biri boyutta ve ağırlığındadır. Çok daha sessiz çalışırlar ve özellikle rotor kayıplarının ortadan kaldırılması çok daha yüksek verimlilik oranını sağlamaktadır. Bu gelişmiş verimlilik daha uzun bir seyir mesafesi ve daha fazla yakıt tasarrufuna dönüşmektedir. Motor parçalarının küçülmesi sayesinde hafifleyen gemiler daha fazla yük taşıyabilecek, daha sığ limanları kullanabilecek, daha esnek ve daha geliştirilmiş manevra kabiliyetine sahip olacaklardır. Örneğin günümüzde okyanus aşırı yolcu gemisi Queen Mary-2 gibi büyük kruvazörler de dahil olmak üzere yeni gemilerin yaklaşık % 95’inde elektrikli tahrik sistemi kullanılmaktadır. Gelecek on yıl içerisinde elektrikli itme motorlarının gemi teknolojisinde önemli bir yere sahip olacağı düşünülmektedir. Bunun en güzel örneği Japon Kawasaki Heavy Industries tarafından 20 kW’lık bir HTS elektrik gemi motorunun tasarımı tamamlanmış ve motorun hesaplanan toplam verimliliğinin %99 ve tork yoğunluğunun da 56 kNm/m3 olduğu bulunmuştur ki bu değerlerin şu an için dünyadaki en yüksek değerler olduğu bilinmektedir.

iii- HTS Degaussing Bobinleri:

HTS’lerin farklı ve yeni bir uygulaması da askeri gemilerde konvansiyonel bakır Degaussing bobinler yerine özel tasarlanmış HTS malzemelerden yapılmış kabloları kullanarak geliştirmektir. Konvansiyonel sistemlere göre daha düşük ağırlık ve daha küçük boyuta rağmen yüksek akım yoğunluğunun rahatlıkla elde edilmesi HTS kablolar ile yapılacak Degaussing bobinlerinin askeri gemilerin korunması için ideal bir çözüm olacağı düşünülmektedir.