Akademik Veri Yönetim Sistemi
İnanır F. (Yürütücü), Keysan O., Yıldız Ş.
TÜBİTAK Projesi, 2015 - 2018
Süperiletkenler, fizik (parçacık
hızlandırıcıları, füzyon reaktörleri, vb), elektrik ve enerji sistemleri mühendisliği
(güç iletim kabloları, hatalı akım sınırlayıcılar, motorlar ve jeneratörler,
vb), tıp (manyetik rezonans görüntüleme, hadron terapi cihazları, vb) gibi
önemli alanlarda uygulamaolanağı bulmaktadır. Süperiletken teknolojileri, mevcut
aygıtların hem performansını ve verimliliğini iyileştirme hem de bu aygıtlara yeni
işlevler kazandırma potansiyeline sahiptir. Süperiletkenlerde alternatif akım
kayıplarının fazlalığı ve süperiletken teknolojilerinin pahalılığı, süperiletkenlerin
teknolojide daha geniş yer bulamamasınınbaşlıca iki nedeni olarak sayılabilir.
Süperiletken jeneratörler, daha yüksek
kapasiteli rüzgar türbinleri, elektrikli gemi motorları, elektrik üretim santralleri
gibi pek çok sahada hayata geçmek üzeredir. Özellikle rüzgâr santralleri için
10 MW gücünde jeneratörler prototip olarak üretilmeye başlanmıştıra.
Süperiletken jeneratörlerin başlıca avantajları, yüksek verimlilik, boyutta ve
ağılıkta azalma, güvenilirlik ve sürdürülebilirlik olarak sıralanabilir. Ancak,
bu aygıtlarda kullanılan süperiletken tellerin ve şeritlerin çok pahalı olması
(en ucuz ikinci nesilitriyum baryum bakır oksit (YBCO)süperiletkenkaplı şerit
maliyeti~50 €/kAm dolayındadırb),süperiletken
güç aygıtlarının araştırma geliştirme maliyetlerini de artırmaktadır.
Jeneratörlerin alternatif akım kayıpları, rotorun yapısı (mıknatıs dizilimi,
kullanılan malzemenin cinsi), stator biçimi, stator bobinlerinin yerleşimi,
sarım sayısı ve kullanılan tellerin fiziksel yapısı gibi çok sayıda parametreye
bağlıdır. Düşük kayıplı ve yüksek gerilim sağlayabilenjeneratör tasarımı ve
üretimi için binlerce kez deneme yapılması gerekir. Bu denemeler, üretim
maliyetini artırıp zaman kaybına neden olacakları gibi, kayıp mekanizmasının
fiziği hakkında çok bilgi vermeyecektir. Buna karşın, özellikle son yıllarda süperiletken
tel, şerit, kablo ve bobinlerin elektromanyetik analizlerinin yapılabildiği,
deneysel sonuçların %90-95 duyarlılıkta tekrar üretilebildiği, çeşitli sayısal
yöntemler ve yaklaşımlar geliştirilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi, bu
yaklaşımlarda başlıca başvurulan araçlar arasındadır. Ancak, bu temel
elemanlardan kurulusüperiletken bobin yığınları ve jeneratörlerin elektromanyetik
ve ısıl analizlerineyönelik çalışmalar daha başlangıç aşamasındadır.
Bu çalışmanın hedefi süperiletken bobin, bobin
yığınları ve bunlarla oluşturulan jeneratörlerin tasarımında kullanılabilecek
ve bu aygıtların elektromanyetik ve ısıl davranışlarını 2 boyutta belirleyebileceksayısal
hesaplama yaklaşımı geliştirmektir. Geliştirilecek yaklaşım, sonlu elemanlar
yöntemini Maxwell denklemlerini manyetik vektör potansiyel-elektriksel skaler
potansiyel (A-V) formülasyonuna dayalı olarak çözmek içinkullanılacaktır. Önerilen
proje özgünlüğü, doğrusal olmayan süperiletkenlik davranışını içerecek biçimde
geliştirilmiş manyetik alan (H) formülasyonu
yerine A-V formülasyonunun kullanılması ile yaklaşımınsüperiletken
jeneratörlerin elektromanyetik davranışını incelemeyeuyarlanacak olmasında
yatmaktadır. Geliştirilecek yaklaşımın diğer yöntemlere göre en önemli avantajlarıkolay
uygulanabilirliği ve hızı olarak öngörülmektedir. Hızlı ve hassas sonuçlar verecek yaklaşım, süperiletken
jeneratörlerin hem ilk üretim maliyetlerini önemli ölçüde düşürecek hem de
hayata geçme sürecini hızlandıracaktır. Proje sonunda hedeflere ulaşılması
sayesinde, dünyada az sayıda bilinen merkezde çalışılan konunun ülkemizde de ilgi
görmesi sağlanacaktır.
36 ayda tamamlanması planlanan
proje, üç önemli aşamaya ayrılmıştır. Birinci aşamada süperiletkenbobinlerin elektromanyetik
ve ısıl analizleri yapılarak,bobin davranışının fiziği ve bunlarda kayıp
mekanizmalarının anlaşılması ile optimizasyon parametrelerinin belirlenmesi
hedeflenmektedir. İkinci aşamada, üzerinde çok çalışılmamış olan bobin
yığınlarının optimizasyonu gerçekleştirilecek, son aşamada ise süperiletken
bobinlerden ve bobin yığınlarından jeneratörler tasarlanıp performansları
incelenecektir.
ahttp://www.amsc.com/documents/seatitan-10-mw-wind-turbine-data-sheet/
bhttp://orbit.dtu.dk/fedora/objects/orbit:112310/datastreams/file_9561911/content