Elektrik Enerjisi
Elektrik enerjisinin kullanıldığı alanlar neredeyse sayılamayacak kadar çoktur. Evlerimizi aydınlatmak, televizyon, elektrikli süpürge, çamaşır makinesi gibi ev aletlerini çalıştırmak, hatta yemek pişirmek ve odalarımızı ısıtmak için elektrik enerjisinden yararlanırız. Fabrika ve işyerlerindeki makineler ile bilgisayarlar da elektrikle çalışır. Telefon, radyo ve televizyon yayınları gibi iletişim sistemleri için gerekli olan enerji gene elektrikten sağlanır. Motorlu taşıtlardaki ateşleme sistemini ve marş m otorunu besleyen enerji kaynağı da akümülatörde depolanmış olan elektriktir. Öte yandan elektrikli trenler ve elektrikli otomobiller gibi bazı taşıtlar tümüyle elektrik enerjisiyle yol alır.
Kısacası çağdaş yaşamın en yaygın enerji kaynaklarından biri olan elektrik, üreteç ya da jeneratör denen çeşitli makinelerle üretilir. Toplu yerleşme yerlerinden uzaktaki bazı kır ya da çiftlik evlerinde, yalnızca o evin elektrik gereksinimini karşılayabilen ve benzin ya da dizel motoruyla çalışan küçük üreteçler bulunur. Köy ve kasaba gibi bazı küçük yerleşmelerin elektriği de bu tip üreteçlerle sağlanır. Ama sanayileşmiş ülkelerin çoğunda konutların, işyerlerinin ve sanayinin inanılmaz boyutlardaki enerji gereksinimini karşılamak üzere çok büyük elektrik santralları kurulmuştur. Bu santrallarda, alternatif akım üreten dev üreteçleri ya da alternatörleri çalıştırabilmek için bir motora ya da bir türbine gerek vardır. Bu motor ya da türbinler de gene bir enerji kaynağından beslenir. Örneğin türbinler buharla, su enerjisiyle ya da uçak motorlarında olduğu gibi sıcak gazlarla çalıştırılır. Buhar türbinleri için gerekli buharı üretmek üzere, buhar kazanlarında genellikle kömür, akaryakıt ya da doğal gaz yakılır; bazen de bir nükleer reaktörden gelen sıcak gazlar kazanın içinden geçirilerek gerekli ısı sağlanır.
Elektrik akımı evlerimizdeki lambalara, ısıtıcılara ya da elektrikle çalışan çeşitli alet ve makinelere ulaşıncaya kadar çeşitli aşamalardan geçer. Bu aşamaların ilk adımı, doğal kaynaklardan sağlanan bir enerji biçimini elektrik enerjisine dönüştürmek, yani elektrik üretmektir. İkinci adım, elektriğin akışını denetleyen ve gerektiğinde akımı kesebilen bir şalterden geçirerek elektriği bir transform atöre göndermektir. Bu düzenek, elektriğin basıncını, yani gerilimini (voltajını) yükselterek enerji iletim hatlarıyla çok uzak mesafelere taşınabilmesini sağlar. Enerji iletim hatlarını ya da yüksek gerilim hatlarını oluşturan oldukça ince kablolarla büyük miktarda elektriğin çok uzak mesafelere taşınabilmesi ancak yüksek gçrilim altında olanaklıdır. Bu iletim hatları, genellikle daha dayanıklı olması için çelik bir telin çevresine halat gibi sarılmış alüminyum iletkenlerden yapılır ve belirli aralıklarla dikilmiş çelik kulelerin (pilonların) arasına gerilir. Elektriğin toprağa akarak boşa gitmesini ya da yakından geçenleri çarpmasını önlemek için, kablolar porselenden yapılmış yalıtkan başlıkların (izolatör) üzerinden geçirilerek pilonlara oturtulur. Bu iletim hatları ile pilonlar, bir ülkenin dört bir yanma dağılan enerji ağının temelidir.
Çok yüksek gerilimli (bazı hatlarda 400.000 volta kadar) elektrik taşıyan bu pilonların yüksekliği bazen 50 metreyi bulduğu için, birçok kişi doğanın ya da kentlerin görüntüsünü çirkinleştirdiği gerekçesiyle havai iletim hatlarına ve çelik kulelere karşıdır. Aslında aynı miktarda enerji yeraltına döşenen yüksek gerilim kablolarıyla da taşınabilir; ama bu kabloların döşenmesi son derece masraflıdır ve yatırım-bakım giderleri havai hatlardakinin belki 16 katını bulur.
Gerilimi yükseltilen elektrik kolayca taşınabilir, ama bu gerilimle kullanılması olanaksızdır. Bu nedenle, enerjinin kullanılacağı bölgenin yakınında bu kez gerilimi düşürmek için ikinci bir transform atör ya da kısaca trafo istasyonu kurmak gerekir. Bu istasyonda transform atörlerden başka şalterler ve tüketicilere verilecek enerjiyi ölçmeye yarayan sayaçlar bulunur. Gerilimi örneğin 11.000 volta düşürülerek bu istasyondan çıkan elektrik kırsal kesimde gene havai hatlarla, kentlerde ise yeraltına döşenen yalıtılmış kablolarla tüketicilere dağıtılır. Evlere, işyerlerine, dükkân ve mağazalara verilmeden önce, geriliminin uygun bir düzeye düşürülebilmesi ve gerektiğinde kesilebilmesi için elektriğin son bir trafo-şalter biriminden daha geçirilmesi gerekir. Bu tür kullanım yerleri için saptanan gerilimin değeri birçok Avrupa ülkesinde ve ABD’de 110 volt, Türkiye’de 220 volttur. Elektrik bağlanan her yapının girişinde bir ana şalter, kaç birim elektrik tüketildiğini gösteren bir sayaç ve elektrik tellerinin taşıyamayacağı kadar büyük akım geçtiği anda elektriği kesen sigortalar bulunur.
Elektrik Santralları
İki tip elektrik santralı vardır: Elektrik üretmek için ısı enerjisinde yararlanan termik santrallar ile su enerjisinden yararlanan hidroelektrik santrallar. Başka bir deyişle, termik santrallarda ısı, hidroelektrik santrallarda ise su enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür.
Büyük termik santrallardaki üreteçleri çalıştırmak için genellikle buhar türbinleri kullanılır. Ama bazı küçük santrallarda ve buhar türbinlerini soğutmaya yetecek kadar bol su bulunmayan yerlerde, buhar türbini yerine dizel motorları ya da fazla su gerektirmeyen gaz türbinleri kullanılabilir.
Termik santralların çoğunda, türbinleri çalıştırmak için gerekli olan buhar, kömür, akaryakıt, turba kömürü, doğal gaz, hatta odun gibi yakıtların ya da katı artıkların yakılmasıyla üretilir. Bu santrallarda yakıtın depolanması ve kazanlara beslenmesi, ayrıca odun ve kömürlü buhar kazanlarında biriken küllerin boşaltılması için çok büyük yapılara ve makinelere gerek vardır; üstelik buharı yoğunlaştırmak için çok bol miktarda su gerekir. Denize, büyük bir ırmağa, bir akarsuyun ağzına ya da büyük bir göle yakın olmayan santrallarda kullanılacak suyu soğutmak için genellikle betondan büyük soğutma kuleleri yapılır. Kömürle, petrol türevi akaryakıtlarla ya da doğal gazla buhar üreten en modern termik santrallarda bile yakıtın sağladığı bütün ısı enerjisinden yararlanma olanağı yoktur; bu enerjinin ancak üçte biri ya da biraz fazlası elektrik enerjisine dönüştürülebilir.
Nükleer enerji santrallarında ise, bir reaktörün içinden geçirilerek çok yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılan gazlar buradan buhar kazanlarına gönderilir ve türbinler için gerekli olan buhar üretilir. Bu tip santralların “yakıtı” uranyumdur, ama uygulanan yöntem kuşkusuz kömür yakmaktan çok farklıdır. Ayrıca dünyanın birkaç yerinde, yeraltından çıkan doğal buharla çalışan elektrik santralları kurulmuştur.
Hidroelektrik santrallardaki su türbinleri, hızlı akışlı büyük akarsuların ya da dağların tepesindeki göllerin suyunu çok geniş borularla yüksekten akıtarak çalıştırılır. Suyun bedava olmasına karşılık hidroelektrik santralların yapımı son derece pahalıdır; çünkü türbinleri çalıştırabilmek için suyu bir gölette toplamak, bunun için de göllerin ya da akarsuların önüne baraj kurmak gerekir. Hidroelektrik santralların başka bir güçlüğü de barajı su akışının en uygun olduğu yere kurma zorunluluğudur; bu noktanın yerleşme yerlerinden çok uzakta olması doğal olarak elektrik üretiminin giderlerini artırır. Fransa, denizlerdeki gelgit olaylarından yararlanarak hidroelektrik enerji üreten ender ülkelerden biridir.
Elektrik üreteçlerini çalıştırmak için rüzgâr enerjisinden de yararlanılabilir. Ama, kabaca yeldeğirmenlerine benzeyen bu santrallar hem az miktarda elektrik üretebilir, hem de rüzgârın sürekli esmesi gibi bir güvence söz konusu olamaz. Buna karşılık güneş enerjisi, çağımızda elektrik enerjisinin temel kaynaklarından biri olarak günlük yaşamdaki yerini almıştır.
Günlük kullanımda, elektrik enerjisi birimi kilovvatt/saattir; bu birim, 1 kilowatt gücündeki bir aygıtın bir saatte tükettiği elektrik miktarı olarak tanımlanır. Örneğin 100 watt gücündeki bir elektrik ampulü 10 saat sürekli yandığında 1 birim (1 kilowatt/saat), 1 kilowatt gücündeki bir ısıtıcı ise aynı süre içinde 10 birim (10 kilowatt/saat) enerji tüketir. SI kısaltmasıyla bilinen Uluslararası Birimler Sistemi’nde ise enerji birimi “joule”dür ve 1 kilowatt/saat 3,6 megajoule’e eşittir.
