Avrupa Demiryolu Elektrifikasyonu: Sürdürülebilir Ulaşım ve İpuçları

Avrupa Demiryollarında Elektrik Standartlaşması: Tekil Bir Yaklaşım ve Geleceğe Yönelik İpuçları

Avrupa Birliği’nin (AB) demiryolu ağları, uzun yıllardır devam eden farklı elektrik sistemlerinin yarattığı bir “elektrikli ada” manzarası sergilemektedir. Bu durum, sınır geçişlerinde lojistik zorluklara ve enerji verimsizliklerine neden olmakta, Tek Avrupa Demiryolu Alanı (SERA) hedefine ulaşılmasını engellemektedir. Bu makalede, demiryolu sektörü uzmanı Ivan Beltramba’nın görüşleri ışığında, Avrupa’da tekil bir elektrik sistemine geçişin zorluklarını ve potansiyel çözümlerini inceleyeceğiz. Okuyucuyu, demiryolu ağlarındaki enerji verimliliğinin artırılması, operasyonel maliyetlerin düşürülmesi ve daha entegre bir ulaşım sistemine ulaşılması hedefine odaklanmaya davet ediyoruz.

Bölüm 1: Avrupa Demiryollarındaki Mevcut Elektrik Sistemlerinin Analizi

Avrupa’daki demiryolu ağları, tarihsel süreçte farklı ihtiyaçlara ve teknolojik gelişmelere göre şekillenmiş bir yapıya sahiptir. Bu durum, 19. yüzyılın sonlarından itibaren kullanılan düşük voltajlı DC sistemlerinden, 25 kV 50 Hz AC sistemlerine kadar uzanan geniş bir yelpazeyi kapsamaktadır. Ancak bu çeşitlilik, demiryolu sistemlerinin birbirleriyle uyumsuz olmasına ve interoperabilite sorunlarına yol açmaktadır. İşte Avrupa’daki başlıca elektrik sistemleri:

• Düşük Voltajlı DC Sistemler: İlk demiryolu elektrifikasyon çalışmalarında kullanılan 600-750 V aralığındaki DC sistemler, özellikle şehir içi toplu taşımada yaygın olarak kullanılmıştır. Ancak, düşük güç kapasiteleri nedeniyle sık aralıklarla trafo merkezlerine ihtiyaç duyulması, bu sistemlerin uzun mesafeli hatlardaki kullanımını sınırlamıştır.
• Üç Fazlı AC Sistemler: Nikola Tesla’nın AC akım konusundaki çalışmaları, Kálmán Kandó’nun öncülüğünde üç fazlı AC sistemlerin geliştirilmesine yol açmıştır. Özellikle İtalya’da Valtellina hattında başarılı bir şekilde uygulanan bu sistemler, orta gerilim (3-3.6 kV, 15, 16⅔ veya 25 Hz) kullanmıştır. Ancak, güç sınırlamaları ve trafo merkezlerinin belirli aralıklarla konumlandırılması, bu sistemlerin yerini daha modern alternatiflere bırakmasına neden olmuştur.
• 1.5 kV ve 3 kV DC Sistemler: Üç fazlı sistemlerin ardından DC sistemlere dönüş yaşanmıştır. Fransa, Hollanda, İrlanda ve Danimarka gibi ülkelerde 1.5 kV veya 3 kV DC sistemler kullanılmıştır. Ancak, yüksek akım değerleri ve trafo merkezlerinin sık aralıklarla konumlandırılması, bu sistemlerin de bazı dezavantajlarını ortaya çıkarmıştır.
• 15 kV 16⅔ Hz AC Sistemler: Almanya, Avusturya, İsviçre, İsveç ve Norveç gibi ülkelerde, ucuz hidroelektrik enerjisi sayesinde 15 kV 16⅔ Hz AC sistemler standart haline gelmiştir. Bu sistemler, özellikle dağlık bölgelerde başarılı bir şekilde uygulanmış ve daha geniş trafo merkezi aralıkları sağlamıştır. Ancak, özel jenerasyon tesisleri ve konvertör trafo merkezlerine duyulan ihtiyaç, maliyetleri artırmıştır.
• 25 kV 50 Hz AC Sistemler: İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra, endüstriyel frekanslı şebeke gücünü kullanan 25 kV 50 Hz AC sistemler daha popüler hale gelmiştir. Bu sistemler, daha geniş trafo merkezi aralıkları, daha düşük maliyetler ve daha yüksek enerji verimliliği sağlamıştır. Fransa, Slovakya, Çekya ve Hırvatistan gibi ülkelerde bu sistemlere geçiş hızlanmıştır.

Bölüm 2: Elektrik Sistemlerinde Standardizasyonun Önemi ve Enerji Verimliliği

Mevcut Avrupa demiryolu ağındaki farklı elektrik sistemleri, enerji verimliliğini olumsuz etkilemekte ve operasyonel maliyetleri artırmaktadır. Bu sorunun üstesinden gelmek için, tekil bir elektrik sistemine geçiş büyük önem taşımaktadır. İtalya’daki STA of Bolzano’nun Merano-Mals hattındaki çalışmaları, bu konuda önemli bir örnek teşkil etmektedir. STA, hattı 25 kV AC sistemine dönüştürerek, 3 kV DC sistemine kıyasla yaklaşık %33 enerji tasarrufu sağlamıştır. Bu, 25 kV sisteminin 100% verimliliğe sahipken, 3 kV sistemin %67, 15 kV’nin %89 ve 1.5 kV’nin %55 verimliliğe sahip olmasıyla açıklanmaktadır. STA’nın hesaplamalarına göre, 25 kV sistemine geçiş, enerji tüketimini azaltmanın yanı sıra, tel değişim süresini de önemli ölçüde uzatacaktır. Bu durum, yatırımın yaklaşık 12 yıl içinde geri kazanılmasını sağlayacaktır.

Bölüm 3: Tekil Bir Elektrik Sistemine Geçiş İçin Önerilen Çözümler

Avrupa Komisyonu’nun SERA hedefine ulaşmak için, tekil bir elektrik sistemine geçişi destekleyecek politikaların belirlenmesi gerekmektedir. Bu kapsamda aşağıdaki öneriler sunulmaktadır:

• Finansal Destek: AB, 25 kV uyumlu iki veya daha fazla sistemli lokomotif (LOC) veya elektrikli çoklu ünitelerin (EMU) satın alınmasına veya genç ünitelerin 25 kV’ye dönüştürülmesine %25 oranında katkıda bulunmalıdır.
• Teknik Şartnameler: Loc&Pas ve Enerji TSİ’leri (Teknik Karşılıklı İşletilebilirlik Şartnameleri), sadece 25 kV uyumlu ünitelerin uyumlu olarak kabul edilmesini sağlayacak şekilde düzenlenmelidir.
• Altyapı Yatırımları: Mevcut hatların 25 kV’ye dönüştürülmesi ve dizel hatların yeni kablolanması için %50 oranında katkı sağlanmalıdır. Devlet ve AB fonlarından yeni hatlar için sadece 25 kV enerjili hatlara izin verilmelidir.
• Enerji TSİ’leri: Enerji TSİ’leri, sadece 25 kV hatların TSI uyumlu olarak kabul edilmesini sağlayacak şekilde düzenlenmelidir.

Bölüm 4: Ülke Bazında Uygulama Örnekleri ve Zaman Çizelgeleri

Tekil bir elektrik sistemine geçiş, her ülke için farklı bir zaman çizelgesi gerektirecektir. İşte bazı örnekler:

• Çek Cumhuriyeti ve Slovakya: 3 kV hatların 25 kV’ye dönüştürülmesi planları hızla devam etmelidir.
• Hollanda ve Güney Fransa: 1.5 kV DC hatların 5 yıl içinde dönüştürülmesi sağlanmalıdır.
• İspanya, İtalya, Slovenya, Belçika ve Polonya: 3 kV DC hatların 25 kV’ye dönüştürülmesi için planlama ve çalışmalara başlanmalıdır. Bu süreç, 1.5 kV’nin terk edilmesinden 10 ila 15 yıl sonra tamamlanabilir.
• İsveç ve Norveç: İsveç, güneyden başlayarak Danimarka’nın 25 kV sistemine entegre olmalıdır. Norveç ise, kuzeyden ve batıdan başlayarak Oslo bölgesine ve ardından İsveç’e ulaşmalıdır.
• Almanya, Avusturya ve İsviçre: Bu ülkeler, 25 yıllık bir geçiş süreci öngörebilir. Özellikle Münih, Stuttgart, Nürnberg, Frankfurt, Hannover, Rhein-Ruhr, Rhein-Sieg, Rhein-Neckar, Bremen, Viyana, Zürih ve Bern gibi büyük şehirlerin S-Bahn hatları öncelikli olarak ele alınmalıdır.

Bölüm 5: Hızlı Tren Hattı Örnekleri ve Uygulama Pratikleri

İtalya, 1946’dan 1976’ya kadar 2,000 km’lik bir hatta 3 fazlı sistemi terk ederek 3 kV DC’ye geçişi tamamlamıştır. Daha sonra, hızlı tren hatları için 25 kV sistemini benimsemiştir. Örneğin, Roma-Napoli hızlı tren hattı, 2005 yılında hizmete alınmıştır. Ayrıca, 25 kV sisteminin kış aylarında buzlanmayı önlemek için geliştirilen pratik bir çözümü bulunmaktadır. Bu çözüm, iki hattaki tellerin kısa devre edilmesi ve 25 kV ve 700 A ile enerji verilmesini içermektedir. Güney Tirol’ün STA’sının uyguladığı modelin başarılı olması durumunda, Puttgarden’den Lübeck’in kuzeyindeki kavşağa kadar uzanan Fehmarn Belt hattının da 25 kV sistemini benimsemesi beklenmektedir. Bu durum, Almanya’da trafo merkezlerinin yarısından fazlasının, İtalya’da %65’inden fazlasının ve Hollanda’da %75’ine yakınının ortadan kaldırılmasını sağlayabilir.

Sonuç: Geleceğin Demiryolu Ağları İçin Bir Vizyon

Avrupa’da tekil bir elektrik sisteminin oluşturulması, kıta genelinde demiryolu ağlarının interoperabilitesini önemli ölçüde artıracak ve Tek Avrupa Demiryolu Alanı’na doğru atılan kritik bir adım olacaktır. Bu dönüşüm, enerji verimliliğini artıracak, operasyonel maliyetleri düşürecek ve daha sürdürülebilir bir ulaşım sistemi sağlayacaktır. STA of Bolzano örneğinde olduğu gibi, 25 kV sistemine geçiş, hem ekonomik hem de çevresel faydalar sağlayarak, demiryolu sektörünün geleceği için umut vaat etmektedir. Bu hedefe ulaşmak için, AB’nin ve üye ülkelerin kararlı bir şekilde politika uygulamaları, finansal destek sağlamaları ve teknik standartları belirlemeleri gerekmektedir. Gelecekte, demiryolu taşımacılığının daha verimli, daha entegre ve daha sürdürülebilir hale gelmesi için, tekil bir elektrik sistemine geçiş kaçınılmaz bir zorunluluktur.