Bilim ve teknikle ilgilenen herkes aslında başlıktaki soruyu hemen hemen aynı şekilde yanıtlar: Tabii ki AC, tabii ki Tesla. Alternatif akım AC ile doğru akım DC arasındaki savaş yüzyıl önce sonuçlandı ve AC kazandı!
Şu anda, elektrik AC olarak üretiliyor, AC olarak taşınıyor, evimize ve iş yerimize kadar geliyor.
Ama evimize ve iş yerimize gelen elektrikte bir şeyler oluyor. Evde kullandığımız bilgisayarlar, cep telefonları, tabletler, yazıcılar, televizyonlar AC elektrikle değil DC ile çalışıyor. O zaman AC’yi DC’ye çevirmek gerekiyor.
Evimizdeki aygıtların çoğu DC iken elektrik neden AC şeklinde üretiliyor ve taşınıyor ki?
Bu sorunun yanıtı, kablodaki kayıplar. Kablolar metallerden yapılır. Metaller iyi iletkendirler ama ne kadar iyi olurlarsa olsunlar elektriği kayıpsız iletemezler. Bu yüzden, 100 Voltluk bir gerilim, 6 Km sonra yalnızca 1 Volt’a iner!
Kablo boyunca oluşacak kayıpları azaltmanın yolu, gerilimi (voltajı) arttırmaktır. Bu yüzden, elektrik santrallarında üretilen elektrik, on binlerce Volt’a yükseltilir, sonra evlere ulaşmadan önce bir dizi indirgeme işleminden geçilir ve tüketiciye 220 Volt’luk bir gerilimle teslim edilir.
Yüzyıl önce AC elektriği yükseltmek ve indirgemek, DC elektriği yükseltmek ve indirgemekten daha kolaydı ve ucuzdu. Bu nedenle de kazanan AC oldu.
Evimizdeki, işyerlerimizdeki aygıtlar genelde DC ile çalışıyor, bu yüzden AC elektriği DC’ye çevirmek gerekiyor demiştik. AC elektriğin DC’ye çevrimine doğrultma (rectification) denir. Bu işlem kayıpsız değildir. Çevrim sırasında enerjinin yüzde 5 ile 20 arası ısıya dönüşür yani kaybolur.
Kayıplar bununla kalmıyor. AC elektrik, kabloda döngüsel akımlara (eddy current) neden olur. Döngüsel akımlar, mutfağımızdaki mikrodalga fırının yemekleri ısıtmasının da nedenidir. Elektrik iletim hatlarında oluşan döngüsel akımlar ısıya neden olur, bu da iletim hatlarında kayıp demektir. Yine bu döngüsel akımlar kablo üzerinde deri etkisi (skin effect) denilen bir etkiye yol açıyor; elektik kablonun tümünden değil, yüzeyinde ince bir tabakadan geçiyor. DC’de böyle bir etki yok. Bu da DC elektriğin taşınmasının daha ince kablolarla yapılabilmesi anlamına geliyor. Aynı zamanda, elektrik kablolarını havada tutan kuleler de DC için bir o kadar küçük ve hafif olabiliyor. Aşağıdaki resimde görülebileceği gibi, küçük ve hafif olmak hem görüntüyü daha az kirletir, hem de kuleler nedeniyle kullanılmaz duruma gelen toprağı azaltır.
Demek ki, üretim ve iletimi AC ile değil de DC ile yapsak büyük tasarruflar sağlayabiliriz. Bu hipotezin sınanması gerek tabii ki.
Amerika’daki Elektrik Enerjisi Araştırma Enstitüsü (Electric Power Research Institute-EPRI), bu konuda denemeler yapıyor. İlk denemeleri Veri Merkezleri üzerine.
Veri Merkezleri (Data Center), yüzlerce, bazen binlerce sunucu içerir. Bu sunucularla çok sayıda Web sunucu, e-posta sunucu vb. sunucuları barındırırlar.
Google, Microsoft, Facebook gibi firmaların dünya üzerinde çok sayıda veri merkezi vardır. Yalnızca Google’ın bu merkezlere aldığı sunucuların aylık olarak bini aştığı söylenmektedir.
Veri merkezlerindeki sunucular prizden gelen AC elektriği DC’ye çevirir. Ek olarak, veri merkezlerinde elektrik kesintisine karşı Kesintisiz Güç Kaynakları (KGK) kullanılır. KGK’lar kendilerine gelen AC elektriği DC’ye çevirip bataryalarını doldurur ve elektrik kesintisi sırasında sunucuları besler. DC olarak depoladıkları elektriği sunucuya gönderirken tekrar AC’ye çevirir. Sunucunun da AC elektriği DC’ye çevirip kullandığını söylemiştik. Bu nedenle, veri merkezlerinde (ve daha başka çok sayıda yerde) elektrik AC’den DC’ye, DC’den AC’ye çevirilip durur. Her çevrim kayıp demektir.
Peki, madem modern aygıtların hemen hepsi DC ile çalışıyor, elektriği doğrudan DC olarak alsak da bu kadar çevrimden kurtulsak iyi olmaz mı?
EPRI’nin yaptığı denemelerde, DC ile çalışan veri merkezlerinin AC-DC şeklinde çalışan veri merkezlerine göre yüzde 6 verimli olduğunu saptamışlar. Yüzde 6 deyip geçmeyin, veri merkezlerinin en büyük gider kaynağı elektriktir ve yüzde 6 verimlilik bir o kadar tasarruf yapabilme anlamına gelir.
Yukarıdaki kayıplar dışında AC’nin başka dezavantajları da vardır:
DC devreler basit devrelerdir; yalnızca üreteç ve dirençten oluştukları düşünülebilir. AC devreler ise karmaşıktır; direncin yanı sıra, kapasitör ve indüktör gibi devre öğelerini de içerir. Kapasitör ve indüktörler, kablodan geçen akımı karmaşıklaştırır. Bu karmaşıklığın sonucunda, evimize ya da iş yerimize gelen elektrik akımının bir kısmı geri “kaçar”. Bu geri kaçan elektriğe reaktif elektrik denir. Reaktif elektrik başa bela bir şeydir, üretim ve dağıtım şirketlerinin işini zorlaştırır, kayıpları arttırır. Eraktif Bu yüzden de azaltılması gerekir. Bunun için de, reaktif elektriği çok üreten işletmelere (fiilen tüm fabrikalar) reaktif elektriği azaltıcı devrelerin yerleştirilmesi gerekir. Bu da büyük maliyettir. DC elektrikte böyle bir maliyet oluşmaz.
AC elektrikteki öğeler hesaplaşmayı da zorlaştırır. DC devrelerin hesabı son derece basitken AC devrelerin hesabında karmaşık sayılar kullanılır, hesaplar artar.
Tüm bunların sonucu olarak, DC’ye dünya çapında bir ilginin canlandığı söylenebilir. Örneğin, dünyanın en büyük elektik üretim santralı olan Çin’deki Üç Boğaz Barajı, ürettiği 22 GW’ın üçte birini DC şeklinde iletmektedir. İletim için DC’nin seçilmesinin başlıca nedeni, uzak mesafelerde DC iletimin çok daha verimli olmasıdır.
Türkiye açısından da DC iletimin düşünülmesinin zamanı gelmiştir. Türkiye’de elektrik üretim santralları, elektriğin yoğun olarak tüketildiği yerlere uzaktır; arada genelde binlerce kilometre vardır. Var olan hatların yenilenmesi planlanırken DC iletim hesaba katılmalıdır. Yeni kurulacak santrallar da benzer olacaktır. Örneğin, kurulması planlanan nükleer santralların birisi Sinop’ta, diğeri de Mersin’dedir. Bu santralların elektriğini tüketecek yerlerse temelde Marmara Bölgesi’nde yer almaktadır. Bu santrallar için de iletimin DC şeklinde olması düşünülebilir.
