Yıldırım enerjisi tabiatta kendiliğinden vuku bulan ve yeryüzü ile gökyüzü arasındaki muazzam elektrik potansiyel farkı sebebiyle meydana gelen elektriksel boşalmadır. Bu yüksek gerilim deşarjları esnasında kısa bir zaman diliminde fevkalade büyük miktarda enerji ortaya çıkar. Bu yazıda “Yıldırım enerjisi kullanılabilir mi?” sorusuna cevap arayacağız.
Yıldırım Enerjisi Nedir ve Nasıl Oluşur?
Yıldırım enerjisini anlayabilmek için evvela yıldırım olayının nasıl oluştuğunu bilmek elzemdir. Yeryüzü ile gökyüzü arasında yaklaşık olarak 100 V/m ile 160 V/m arasında değişen bir elektrostatik alan bulunmaktadır. Bu elektrostatik alanın tesiriyle bulutların bazı kısımlarında elektrik yükleri birikerek aşırı yüklenmiş bulutlar meydana gelir. Bu yük birikimi, bazı atmosfer şartlarında yüksek gerilimli elektriksel boşalmaların oluşmasına yol açar. Kümülonimbus fırtına bulutları içinde negatif ve pozitif yükler ayrışır; bulutların alt kısmı negatif, üst kısmı ise pozitif yüklüdür. Bu durum, bulutlar ve yer yüzeyi arasında muazzam bir potansiyel fark yaratır ve bu fark, havanın elektriksel mukavemetini aşarak deşarj başlatır.
Yıldırım boşalması esnasında yaklaşık olarak 10^8 J ile 10^10 J arasında enerji ortaya çıkar ki bu miktar, oldukça kısa bir zaman diliminde muazzam bir kuvvetin açığa çıktığını gösterir.
Yıldırım Enerjisi Kullanılabilir mi?
Yıldırım enerjisinden istifadeyle sabit bir enerji kaynağı oluşturmak, günümüz teknolojisiyle pek mümkün değildir. Evvela, yıldırımın nereye düşeceğini isabetli bir şekilde tahmin etmek, meşakkatli bir iştir. Ayrıca, yıldırım enerjisini emniyetli ve verimli bir surette depolayabilmek için çok yüksek akım ve gerilimlere dayanabilecek depolama tertibatlarına ihtiyaç vardır. Mevcut teknoloji bu tür bir enerjiyi faydalı bir biçimde yakalayacak ve muhafaza edecek altyapıyı sağlamaktan uzaktır.
Bir başka ehemmiyetli mesele de yıldırımın tabiatı icabı, ani ve düzensiz bir enerji kaynağı olmasıdır. Sabit ve düzenli enerji akışına ihtiyaç duyan bir santral için bu düzensizlikler, yıldırımı verimli bir enerji kaynağı olmaktan çıkarır.
Türkiye’de Yıldırım Enerjisi Potansiyeli
Türkiye gibi yıldırım olaylarının sıkça vuku bulduğu memleketlerde yıldırım enerjisinin potansiyeli teorik olarak büyük olsa da, bu enerjiden istifade etmek pratikte oldukça müşküldür. Türkiye’nin yıldırım yoğunluğu dikkate alındığında, bu enerjiyi toplamayı amaçlayan bir sistemin sabit bir gelir getireceği beklenemez. Türkiye’deki yıldırım olayları üzerine yapılan çalışmalar, her yıl birçok yıldırım hadisesi yaşandığını göstermektedir; ancak bu hadiselerden istifade ederek enerji üretebilmek için gerekli teknoloji ve yatırım henüz mevcut değildir.
Yıldırım Enerjisi Hakkında Doğru Bilinen Yanlışlar
Yıldırım enerjisi hakkında umumun dilinde bazı yanlış kanılar dolaşmaktadır. Mesela, yıldırımın yüksek enerjisinin basitçe depolanabileceği veya bu enerjiden verimli bir şekilde faydalanılabileceği düşünülür. Gerçekte, yıldırım enerjisi üzerinde yapılan araştırmalar bu enerjiyi verimli bir enerji kaynağı olarak kullanmanın son derece zor olduğunu göstermektedir. Hem yüksek maliyetler hem de yıldırım enerjisinin ani doğası, bu enerjiyi sürekli bir kaynak haline getirebilmenin önünde ciddi engeller teşkil eder.
Yıldırım Enerjisinin Teorik Hesabı ve Cep Telefonu Bataryasındaki Yük Miktarı
Yıldırım enerjisi, kısa sürede çok yüksek miktarda enerji boşalmasıyla tehlikeli hale gelir. Ortalama bir yıldırımın yükü 10 Coulomb (C) olarak kabul edildiğinde, bir cep telefonunda depolanan yük miktarı bu değerin binlerce katına ulaşır. Yıldırımı tehlikeli kılan, enerjinin saniyenin milyonda biri gibi çok kısa sürede boşalmasıdır.
Eğer 20 kA’lik bir yıldırım akımı t = 50μs sürede boşalıyorsa, yük miktarı:
$$
Q = I \times t = (20 \times 10^3) \times (50 \times 10^{-6}) = 1 \, \text{Coulomb}
$$
olarak hesaplanır.
Yıldırım sırasında iki iletken levha arasındaki potansiyel fark ise şu şekilde hesaplanabilir:
$$
V = E \times d
$$
Örneğin, E = 30 kV/cm ve d = 100,000 cm olarak alındığında,
$$
V = 3 \times 10^9 \, \text{V}
$$
gibi devasa bir gerilim elde edilir. Yıldırımın ani güç değeri ise şöyle hesaplanır:
$$
P = I \times V = 20 \times 10^3 \, \text{A} \times 3 \times 10^9 \, \text{V} = 60 \times 10^{12} \, \text{Watt}
$$
Bu güç değeri, t = 50 µs süre için enerji olarak:
$$
E = P \times t = 60 \times 10^{12} \times 50 \times 10^{-6} = 3 \times 10^9 \, \text{Joule}
$$
şeklinde bulunur ve geniş bir alana yayılır.
Bir cep telefonunun tam dolu bataryasında 12,960 C’luk yük bulunur ve bu yük yaklaşık bir gün boyunca yavaşça boşalır. Bu durumda, saniyede boşalan ortalama yük miktarı:
$$
\frac{12,960 \, \text{C}}{86,400 \, \text{s}} = 0.15 \, \text{C/s}
$$
olarak bulunur. Bu değer, yıldırımın ani boşalmasıyla karşılaştırıldığında oldukça düşüktür. Yıldırımın 10 C’luk yükü saniyenin milyonda birinde boşalırken, cep telefonundan ortalama 66 milyonda bir oranda yük akışı olur.
Yıldırım gibi ani ve yüksek akım gerektiren bir boşalmanın cep telefonu bataryasıyla sağlanması mümkün değildir. Bataryanın iç yapısı ve direnci, bu kadar büyük bir akımı ani olarak sağlayamayacak şekilde tasarlanmıştır. Bataryanın çıkışına kısa devre yaptırılırsa, koruma devresi yoksa batarya zarar görebilir veya yanabilir. Bataryalar, yapılarına bağlı olarak güvenlik önlemleriyle donatılmıştır; ancak kısa devre sonucu imalat hataları veya orijinal olmayan ürünlerin kullanımı tehlikelere yol açabilir.
RASTGELE TEKNİK İÇERİK İÇİN TIKLAYIN!
İlginizi Çekebilecek Teknik Hesaplar
Kompanzasyon Hesabı
Aydınlatma Hesabı
Yüksek Gerilim İşletme Sorumluluğu Ücreti Hesabı
Sosyal medyada teknik bilgilere maruz kalmak için:
YouTube – Instagram
