RAYLI SİSTEM ALTERNATİFLERİ İLE MANYETİK YASTIK ÜZERİNDE HAREKET EDEN TRENLERİN (MAGLEV) ÇOK ÖLÇÜTLÜ DEĞERLENDİRME YÖNTEMİ İLE KARŞILAŞTIRILMASI Kemal SOLAK YÜKSEK LİSANS TEZİ TRAFİK PLANLAMASI VE UYGULAMASI ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 2011 ANKARA
Kemal SOLAK tarafından hazırlanan RAYLI SİSTEM ALTERNATİFLERİ İLE MANYETİK YASTIK ÜZERİNDE HAREKET EDEN TRENLERİN (MAGLEV) ÇOK ÖLÇÜTLÜ DEĞERLENDİRME YÖNTEMİ İLE KARŞILAŞTIRILMASI adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Yrd.Doç.Dr. Ebru Vesile ÖCALIR Tez Danışmanı, Trafik Planlaması ve Uygulaması Anabilim Dalı. Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Trafik Planlaması ve Uygulaması Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. Doç.Dr. Adnan SÖZEN Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü..... Yrd.Doç.Dr. Ebru Vesile ÖCALIR Trafik Planlaması ve Uygulaması Anabilim Dalı, G.Ü..... Yrd.Doç.Dr. İbrahim ATILGAN Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.. Tarih:.../. / Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Bilal TOKLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü.
TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Kemal SOLAK
iv RAYLI SİSTEM ALTERNATİFLERİ İLE MANYETİK YASTIK ÜZERİNDE HAREKET EDEN TRENLERİN (MAGLEV) ÇOK ÖLÇÜTLÜ DEĞERLENDİRME YÖNTEMİ İLE KARŞILAŞTIRILMASI (Yüksek Lisans Tezi) Kemal SOLAK GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Haziran 2011 ÖZET Hızlı trenlerin en yeni teknolojisi olan MAGLEV treninin kullanımı dünya genelinde yaygınlaşmaya başlamıştır. MAGLEV treninin kullanılması alternatifi Türkiye de de tartışılmaya başlansa da, bu türün Türkiye de bir ulaşım türü olarak kullanılması için gerekli teknik araştırmalar henüz çok yenidir. Bu çalışmada, MAGLEV trenin Türkiye de kullanılması halinde diğer alternatif karşısındaki avantajları ve dezavantajları araştırılmıştır. Ulaştırma yatırımlarında seçenekler arasında değerlendirme yapmak için de kullanılan çok ölçütlü değerlendirme yöntemi ile daha önce maliyet analizi yapılmış olan bir hattın (Kuzey-Güney Kaliforniya hattı-abd) değerleri kullanılarak Türkiye deki alternatifler için olası senaryolar incelenmiştir. Çok ölçütlü değerlendirme yönteminde etkili olan ölçütlerin ağırlıklarının belirlenmesinde uzman görüşlerine başvurulmuştur. Elde edilen sonuçlar, raylı sistem tercihleri oluşturulurken Türkiye de henüz kullanılmayan MAGLEV tren alternatifinin tartışılmaya değer olduğunu ortaya koymaktadır. Bilim Kodu : 801.1.134 Anahtar Kelimeler : Manyetik yükseltme, yüksek hızlı tren alternatifleri, çok ölçütlü değerlendirme yöntemi Sayfa Adedi : 73 Tez Yöneticisi : Yrd.Doç.Dr. Ebru Vesile ÖCALIR
v A COMPARISON OF RAIL SYSTEM ALTERNATIVES AND THE MAGNETIC LEVITATION TRAINS (MAGLEV) BY USING MULTI CRITERIA EVALUATION METHOD (M.Sc. Thesis) Kemal SOLAK GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY June 2011 ABSTRACT The use of the MAGLEV, which is the most recent technology of high speed trains, is being worldwide spread. The use of the MAGLEV in Turkey is also discussed, although the technical research on the use of this mode as a transport mode in Turkey is very new. In this study, advantages and disadvantages of the MAGLEV train against other alternatives have been researched in case of use in Turkey. The multi-criteria analysis method, which is used also in transport alternatives, has been applied with the pre-determined cost-analysis values of a MAGLEV route (North-South California route-usa) to the possible scenarios for different alternatives in Turkey. By estimating the weights of the criteria of multiple criteria evaluation method, expert opinions have been taken. The same method was adopted in this study. The results obtained show that MAGLEV train, although not used in Turkey yet, worth to discussing as an alternative rail system preference. Science Code : 801.1.134 Key Words : Magnetic levitation, high speed train alternatives, multi criteria evaluation method Page Number : 73 Adviser : Ass. Prof.Dr.Ebru Vesile ÖCALIR
vi TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca kıymetli tecrübelerinden faydalandığım, değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren, manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan çok değerli hocalarım Prof.Dr. Süleyman PAMPAL ve Yrd.Doç.Dr. Ebru Vesile ÖCALIR a teşekkürü bir borç bilirim.
vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT...v TEŞEKKÜR... vi İÇİNDEKİLER...vii ÇİZELGELERİN LİSTESİ......x ŞEKİLLERİN LİSTESİ....xii RESİMLERİN LİSTESİ...xiii HARİTALARIN LİSTESİ...xiv SİMGELER VE KISALTMALAR... xv 1. GİRİŞ...1 2. TÜRKİYE DE DEMİRYOLUNUN TARİHİ GELİŞİMİ...3 3. YÜKSEK HIZLI TRENLER...5 4. MAGLEV TRENLERİ...11 4.1. MAGLEV in Kelime Anlamı...11 4.2. MAGLEV Trenlerinin Tarihsel Gelişimi...11 4.3. Çalışma Prensibi...12 4.3.1. EMS (Elektromanyetik çekme)...15 4.3.2. EDS (Elektrodinamik itme)...16 4.4. Kullanılmakta Olduğu Ülkeler...17 4.4.1. Şanghay (Çin) MAGLEV treni...17 4.4.2. Japonya MAGLEV treni...20 4.4.3. Linimo (Tobu Kyuryo hattı, Japonya)...21
viii Sayfa 4.4.4. Emsland (Almanya)...22 4.5. Ülkelerin MAGLEV Projeleri...24 4.5.1. İran...24 4.5.2. Çin...24 4.5.3. Almanya (Münih MAGLEV treni)...25 4.5.4. Britanya Krallığı (Londra-Glascow Ultraspeed MAGLEV treni)...25 4.5.5. Amerika Birleşik Devletleri MAGLEV projeleri...25 4.6. İptal Edilen MAGLEV Projeleri...26 4.6.1. Hamburg-Berlin (Almanya)...26 4.6.2. Metrorapid (Almanya)...26 4.7. MAGLEV Trenlerinin Hız Rekorları...26 4.8. MAGLEV Trenlerinin Diğer Ulaşım Araçları ile Karşılaştırılması...27 4.8.1. Güvenlik...27 4.8.2. Titreşim...28 4.8.3. Gürültü...30 4.8.4. Enerji tüketimi...32 4.8.5. Altyapı ve işletme maliyetleri...34 4.9. Fayda Maliyet Karşılaştırması...40 4.9.1. Toplam seyahat zamanlarında maliyet başına tasarruf yüzdesi...41 4.9.2. Her bir bin dolarlık başlangıç yatırımının yıllık yolcu-km maliyeti...42 4.9.3. İlk yatırıma karşı taşıma değeri...42 4.10. Ulaşım Verimliliğinin Diğer Ölçütleri...43
ix Sayfa 4.11. MAGLEV Trenlerinin Avantajları, Dezavantajları ve Belirsizlikleri...45 4.11.1. Potansiyel avantajları...45 4.11.2. Potansiyel dezavantajları...47 4.11.3. Belirsizlikler...48 5. RAYLI SİSTEM ALTERNATİFLERİ İLE MAGLEV SİSTEMİNİN ÇOK ÖLÇÜTLÜ DEĞERLENDİRME YÖNTEMİ İLE KARŞILAŞTIRILMASI... 49 5.1. Çok Ölçütlü Değerlendirme Yöntemi...49 5.2. Raylı Sistem Alternatifleri İçin Çok Ölçütlü Değerlendirme Yöntemi Çalışması...56 5.3. Ağırlık Katsayılarının Belirlenmesi İçin Uzman Görüşlerinin Değerlendirilmesi...58 5.4. Tutarlılık Hesabı...62 5.5. Değerlendirme...64 6. SONUÇ... 66 KAYNAKLAR... 69 EKLER... 71 EK-1 Raylı sistem alternatiflerini karşılaştırma anket formu... 72 ÖZGEÇMİŞ... 73
x ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 4.1. MAGLEV trenleri hız rekorları... 27 Çizelge 4.2. TransRapid08 MAGLEV treninin gürültü seviyesinin diğer yüksek hızlı trenler ile karşılaştırması... 30 Çizelge 4.3. Japonya Shinkansen hızlı tren gürültü limitleri... 30 Çizelge 4.4. Alman MAGLEV trenleri gürültü standartları... 31 Çizelge 4.5. TransRapid07 manyetik alan seviyelerinin diğer elektrikli aletlerle kıyaslaması... 34 Çizelge 4.6. Kaliforniya MAGLEV ve yeni yüksek hızlı treni için sermaye maliyeti seyahat süresi ve trafik tahminleri karşılaştırması... 36 Çizelge 4.7. Yüksek hızlı tren ve MAGLEV trenin ortalama maliyeti... 40 Çizelge 4.8. Yeni yüksek hızlı tren ve MAGLEV tren sistemleri maliyet ve fayda oranları... 40 Çizelge 4.9. Toplam seyahat zamanlarında maliyet başına tasarruf yüzdesi... 41 Çizelge 4.10. Her bir bin dolarlık başlangıç yatırımı için yıllık yolcu-km maliyeti... 42 Çizelge 4.11. İlk yatırıma karşı taşıma değerleri... 43 Çizelge 4.12. Büyükşehir ulaşım türlerinin kapasiteleri ve yaklaşık ilk maliyetleri... 45 Çizelge 5.1. Karar matrisi... 52 Çizelge 5.2. Ağırlık katsayılarının karar matrisine uygulanması... 54 Çizelge 5.3. Kaliforniya MAGLEV ve yeni yüksek hızlı tren için sermaye maliyeti, seyahat süresi ve trafik tahminleri karşılaştırması... 56 Çizelge 5.4. Ulaşım türü seçiminde belirlenen seçenek ve ölçütler... 57 Çizelge 5.5. Ulaşım türü seçiminde belirlenen değerlerin puanları... 58 Çizelge 5.6. İkili karşılaştırmalar matrisi... 58
xi Çizelge Sayfa Çizelge 5.7. Ölçütlerin göreceli ağırlık katsayı değerleri... 60 Çizelge 5.8. Düşük yatırım ve işletme maliyetine sahip ulaştırma sistemi (1. Senaryo)... 60 Çizelge 5.9. Cazip yolcu tercihlerinin ön plana çıkartılarak oluşturulan ulaştırma sistemi (2. Senaryo)... 61 Çizelge 5.10. Çevre duyarlı sistem değerleri (3. Senaryo)... 61 Çizelge 5.11. İkili karşılaştırmalar matrisi... 62 Çizelge 5.12. Matris boyutlarına göre rassallık göstergesi... 63 Çizelge 5.13. Genel değerlendirme... 64
xii ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 4.1. MAGLEV treninin elektrik motoru ile kıyaslanması...14 Şekil 4.2. Ray üzerindeki elektromıknatısların davranışı...15 Şekil 4.3. TransRapid08 titreşim seviyesinin diğer trenler ile karşılaştırması...29 Şekil 4.4. Enerji Tüketimi...32 Şekil 4.5. MAGLEV treni ideal yolculuk mesafesi...35 Şekil 4.6. Kuzey- Güney Kaliforniya hattında hızlı tren türlerinin km başına kurulum maliyeti...38 Şekil 4.7. Chicago Detroit hattında tren türlerinin km başına kurulum maliyeti...39 Şekil 4.8. Chicago St. Louis hattında tren türlerinin km başına kurulum maliyeti...39 Şekil 5.1. Çok ölçütlü değerlendirme yönteminde problem yapısı...51 Şekil 5.2. Çok ölçütlü değerlendirme yöntemi süreci...52 Şekil 5.3. Genel değerlendirme...65
xiii RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 4.1. Eş kutuplu iki mıknatısın davranışı...13 Resim 4.2. TransRapid08 Şanghay (Çin) MAGLEV treni...18 Resim 4.3. Şanghay (Çin) MAGLEV treni birinci sınıf vagon...19 Resim 4.4. Şanghay (Çin) MAGLEV treninin diğer vagonları...19 Resim 4.5. Japon MAGLEV treni...21 Resim 4.6. Linimo (Tobu Kyuryo Hattı, Japonya)...22 Resim 4.7. Emsland (Almanya) MAGLEV treni...22 Resim 4.8. Transrapid MAGLEV treni kazası...23 Resim 4.9. TransRapid08 MAGLEV treninin zemin üzerinde titreşim ölçümü...29 Resim 4.10. TransRapid08 MAGLEV treninin gürültü ölçümü...31 Resim 4.11. TransRapid08 MAGLEV treninin gürültü ölçümü...32
xiv HARİTALARIN LİSTESİ Harita Sayfa Harita 4.1. İran MAGLEV tren hattı...24
xv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama a ij n w j λ max İkili karşılaştırmalar matrisinin (i, j) değeri Matrisin boyutu Göreceli ağırlık katsayısının j elemanı Matrisin en büyük özdeğeri Kısaltmalar Açıklama ÇÖD DB EMS EDS ICE JRTRI MAGLEV TR07 TR08 TÜV SÜD TGV TG TO RG Çok Ölçütlü Değerlendirme Desibel Elektromanyetik çekme Elektrodinamik itme Alman yüksek hızlı treni Japan Railway Technical Research Institute Manyetik kaldırmalı Transrapid 07 numaralı Alman MAGLEV treni Transrapid 08 numaralı Alman MAGLEV treni Güney Almanya Teknik Gözlem Derneği Fransız hızlı treni Tutarlılık göstergesi Tutarlılık oranı Rassallık göstergesi
1 1. GİRİŞ Avrupa ve Uzak Doğu nun birçok ülkesinde, II. Dünya Savaşı sonrasında izlenen ulaşım politikalarında köklü değişmeler olmuş; demiryolu ulaşımına verilen önem yeniden ön plana çıkmıştır. Karayolu ağırlıklı taşımacılık sisteminin yoğun kullanılması; kirlenme, kazalar ve trafik tıkanıklığına neden olması yüzünden ulaşım politikasının değişmesine sebep olmuştur [1]. Bu politika değişikliğiyle birlikte, demiryolu ulaşımını iyileştirmeye ve diğer ulaşım biçimleriyle rekabet edebilir hale getirmeye dönük çabalar hız kazanmış; özellikle de, yüksek hızlı tren teknolojilerinde önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Bu gelişmeler sonunda, yüksek hızlı tren teknolojilerine dayalı yeni demiryolu hatlarının yapılmasını ya da var olan hatların aynı teknolojiler esas alınarak yenilenmesini kapsayan projeler art arda hayata geçirilmeye başlanmıştır. Avrupa ve Asya'nın birçok ülkesinde demiryollarına özel önem verilmiştir. Aynı zamanda doğal çevrenin korunması konusunda artan toplumsal duyarlılık, doğal kaynakların sürdürülebilirliği gibi başka pek çok yeni unsur, ulaşım politikalarını da etkiler hale gelmiştir. Araç trafiğindeki tıkanmalar ve trafik kazaları ile araçların yarattığı hava kirliliği ve gürültünün giderek büyüyen toplumsal maliyeti, günümüzdeki ulaşım sistemlerinin, özellikle de, karayolu taşımacılığının yeniden sorgulanmasını gerektirmiştir. Bu yeni unsurların da yapılan değerlendirmelere katılmasıyla, demiryolu ulaşımında; yeni teknolojilerin sağladığı olanaklardan yararlanılarak, doğal çevrenin korunması, gürültü düzeyinin düşürülmesi, enerjide tasarruf ve gecikmesiz, güvenli bir ulaşım sağlanması yönünde kaydedilen gelişmeler, bu sisteme, karayolu taşımacılığına göre belirgin üstünlükler kazandırmıştır [1]. Demiryolu ulaşımı hızlı tren teknolojileri ile yeniden olağanüstü bir önem kazanmaya başlamıştır. İlk olarak Japonya'da otuz yıl önce kullanılmaya başlanan ileri teknoloji ürünü yüksek hız trenleri 1980'lerden itibaren tüm Avrupa'da yaygınlaşmıştır. Yüksek hız trenlerinin hizmet verdiği ülkelerde 200-800 kilometre arasındaki mesafelerde demiryolu ile ulaşım havayolu ulaşımına tercih edilmektedir.
2 Hızlı treni uçağa tercih edilebilir kılan başlıca unsur, yeni teknolojinin ürünü olan yüksek hız, sağlanan ucuzluk ve konfor olmuştur [1]. Manyetik kaldırmalı trenleri ise özel rayları üzerinde oluşturulan elektromanyetik alan yardımı ile havada hareket eden trenlerdir. Manyetik kaldırmalı tren teknolojisi, büyük ölçüde geliştirilme aşamasında olduğu için henüz yaygın olarak kullanılmaya başlanmamıştır. Hızlı tren hizmet ve teknolojilerinin geliştirilmesiyle, karayolu taşımacılığıyla karşılaştırılabilir üstünlüklerin çok ötesinde, belirli bir mesafeye kadar olan şehirlerarası ulaşımda, havayolu taşımacılığıyla yarışır duruma gelmiştir. Fransa, İsveç, Almanya ve İtalya gibi gelişmiş devletler başta olmak üzere, kendi hızlı tren sistemlerini geliştiren Batı Avrupa ülkeleri yanında, Uzak Doğu'dan Japonya, aynı yıllarda, manyetik kaldırmalı ve uzaktan denetim teknolojilerine dayalı hızlı tren sistemlerine ilişkin altyapı yatırımlarına hız vermiştir [1]. Bu çalışmada, MAGLEV trenin Türkiye de kullanılması halinde diğer alternatif karşısındaki avantajları ve dezavantajları araştırılmıştır. Ulaştırma yatırımlarında seçenekler arasında değerlendirme yapmak için de kullanılan çok ölçütlü değerlendirme yöntemi ile daha önce maliyet analizi yapılmış olan bir hattın değerleri kullanılarak Türkiye deki alternatifler için olası senaryolar incelenmiştir. Seçilen Kuzey-Güney Kaliforniya hattında farklı senaryo alternatiflerine göre manyetik kaldırmalı treninin diğer raylı sistem alternatifleriyle karşılaştırması yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, Türkiye de de raylı sistem tercihleri oluşturulurken Türkiye de henüz kullanılmayan manyetik kaldırmalı tren alternatifinin tartışılmaya değer olduğunu ortaya koymaktadır.
3 2. TÜRKİYE DE DEMİRYOLUNUN TARİHİ GELİŞİMİ Buharlı lokomotifin bulunmasından 33 yıl sonra ilk demiryolu Sultan Abdülmecit zamanında, 1856 da bir İngiliz şirketine verilen imtiyazla İzmir-Aydın arasında 130 km olarak inşa edilmiştir. Yapımı 10 yıl süren bu hat 1866 yılında Sultan Abdülaziz zamanında tamamlanmıştır. 1871 tarihinde Haydarpaşa-İzmit hattının devlet eliyle yapımına başlanmış olup, 91 kilometre hat 1873 yılında tamamlanmıştır. Ancak maddi imkânsızlıklar nedeniyle Anadolu Demiryolları ile Bağdat ve Cenup demiryollarının yapımları Alman sermayesi ile gerçekleştirilmiştir. İmtiyaz verilen başka bir İngiliz şirketi de İzmir, Turgutlu, Afyon hattı ile Manisa, Bandırma hattının 98 kilometrelik kısmını 1865 yılında tamamlamıştır. 1896 yılında yapım imtiyazı Baron Hirsch e verilen 2000 kilometrelik şark demiryollarının milli sınırlar içerisinde kalan 336 kilometrelik İstanbul-Edirne ve Kırklareli-Alpulu kesiminin 1888 de bitirilerek işletmeye açılmasıyla da İstanbul, Avrupa demiryollarına bağlanmıştır. Türk demiryolları 1923-1940 yılları arasında bir anlamda atılım çağı yaşamıştır. Bu dönemde 1923 yılı itibarı ile 4559 kilometre olan demiryolu 1940 yılına kadar gerçekleştirilen çalışmalarla 8637 kilometreye ulaşmıştır [3]. Kurtuluş Savaşı ndan sonra imkânsızlıklar içinde yılda ortalama 240 kilometre uzunluğunda demiryolu yapılırken 1950 yılından sonra gelişen teknoloji ve maddi imkânlara rağmen yılda sadece 39 kilometre demiryolu yapılabilmiştir. Buharlı lokomotifin ilk kullanılmasından çok kısa bir süre sonra Türkiye ye gelen ve 1940 yılına kadar büyük bir gelişme gösteren demiryolu taşımacılığının bu tarihlerden sonra geri plana atılmasının temelinde yatan gerekçe devletin ulaşım politikasının değişmiş olmasıdır. 1948 yılında ABD tarafından hazırlanan ve Hilts Raporu adı verilen bir rapor, Türkiye de ulaşım ağırlığının demiryolundan karayoluna kaydırılması gerektiğini öngörmektedir [3]. 1950 yılından sonraki şartların ve ülkenin ekonomik imkânlarının bir gereği olarak, dengeli bir kaynak dağılımının sağlanamaması ve buna karşılık gelişen demiryolu teknolojisine paralel yapılması gereken demiryolu yatırımlarının ise büyük
4 finansman kaynağı gerektirmesi, demiryolu sistemini geliştirme ve modernizasyon çalışmalarını yavaşlatmıştır. Bundan sonra demiryolları, kendisine tanınan kısıtlı imkânlarla ancak, mevcut sistemin işlerliğinin korunması ve trafiğin devamlılığının sağlanması yanında kısmen de modernizasyon çalışmalarını sürdürmüştür. 1950 yılında genel ulaştırma sistemleri içerisinde yolcuda % 42 ve yükte % 78 olan demiryolunun payı 1999 yılında, yolcuda % 3,1 e, yükte de % 4,6 ya düşmüştür [2]. Ancak 2000 li yılların başından itibaren hızlı tren sistemine yapılan yatırımlar sayesinde; 13 Mart 2009 tarihinde Ankara-Eskişehir Yüksek Hızlı Tren hattı işletmeye açılmıştır. Yatırımlar aynı hızda devam ettirildiği takdirde Ankara- İstanbul ve Ankara-Konya yüksek hızlı tren hatları yakın bir tarihte işletmeye açılması beklenmektedir [4].
5 3. YÜKSEK HIZLI TRENLER Taşımacılık sektöründe karayolu ve havayollarında yüklü bir trafiğin oluşması ve mevcut koridorların bu ağır trafik yükünü kaldıramaz duruma gelmiş olması, aynı zamanda daha kısa sürede daha fazla yolcu ve yükü ucuz ve güvenli taşıma olanağı hızlı trenlerin gerekliliğini ortaya koymaktadır. Avrupa'da yüksek hızlı demiryollarının hızla yaygınlaşmasının başlıca nedenleri; karayolu ve havayolu taşımacılığında giderek artan yolculuk yoğunluğunun ulaştırma sistemini tehdit etmesi, demiryollarının çevre ve enerji sorunlarına karşı en uygun bir ulaştırma türü olması, Avrupa ölçeğinde yüksek hızlı ulaşım sistemleri için çok önemli bir talep potansiyelinin bulunmasıdır. Yüksek hızlı trenler nüfusu yoğunluğu fazla olan Avrupa ve Japonya da daha verimli olmaktadır. Karayolu ağırlıklı mevcut taşımacılık sistemi sebep olduğu kirlenme, kazalar ve trafik tıkanıklığı ile ulaşımın sürdürülebilir gelişmesini engellemekte ve ekonominin gelişmesinde en büyük rolü oynayan hareketliliği yok etmektedir. Avrupa ve Asya'nın birçok ülkesinde bu durumu değiştirmek için demiryollarına özel önem verilmiştir ve ilk olarak Japonya'da otuz yıl önce kullanılmaya başlanan ileri teknoloji ürünü yüksek hız trenleri 1980'lerden itibaren tüm Avrupa'da yaygınlaşmıştır. Yüksek hızlı trenlerin hizmet verdiği ülkelerde 200 ile 800 km arasındaki mesafelerde demiryolu ulaşımı, havayolu ulaşımına tercih edilmektedir [1]. Uluslararası Demiryolları Birliği ve Avrupa Birliğinin 96/48 ve 2004/50 numaralı direktiflerinde yüksek hız ana başlığı altında çok sayıda sistemi içeren bir tanım yapılmıştır. Bu tanımlarla belirlenen standardın altında kalan hatlar ise Konvansiyonel (Geleneksel) olarak kabul edilmektedir [4]. Genel olarak Yüksek Hızlı Tren terimi saatte 200 kilometrenin üzerinde hız yapan yolcu trenleri için kullanılmaktadır. Yine 200 km/saat e kadar taşımacılık yapmaya uygun konvansiyonel hatlarda, dağ veya boğazlardan geçişlere, dar ray aralığının
6 kullanımına veya başka özel nedenlere bağlı olarak hız sınırlamaları olsa da, bu hatlar Yüksek Hız Hattı olarak kabul görmektedir. Yine çelik tekerlek - çelik ray teknolojisine dayalı olarak geliştirilmiş olan ve yalpalı trenler adıyla anılan yüksek hız trenleri ise, mevcut konvansiyonel hatlarda da işleyebilmektedir. Mevcut hatlarda yapılacak değişiklik bunun için yeterli olmaktadır. 160 250 km/saate kadar hız yapabilen yalpalı trenler ekonomik bir çözüm oluşturmakta ve son yıllarda tüm dünyada rağbet görmektedir [1]. Elektrikli İsveç X 2000, İtalyan Pendolino, İspanyol Talgo ve Amerikan Metroliner trenleri saatte 200-300 km hız, elektrikli Japon Shinkansen, Fransız TGV ve Alman ICE saatte 250-350 km hız, manyetik kaldırmalı trenler (çekme elektromanyetik modlu Alman Transrapid ve itme elektrodinamik modlu Japon Lineer Express) saatte 400-580 km hıza ulaşmaktadır [5]. Çelik tekerlek çelik raylı hızlı trenler 350 km/saatin üstündeki hızlarda bu sistemlerin teknik sınırlarına erişilmektedir. Bu sınırda karşılaşılan uygulama zorlukları ve gereksinimler; özel altyapı gereksinimi, büyük mekanik gerilmeler, 200 km/saatin üstündeki hızlarda tekerlek ve rayların her ikisinde de ciddi aşınmalar, güzergâh çerçevesinin korunmasındaki zorluklar, aşırı gürültü, çelik tekerlekli taşıtlara özgü titreşim, aynı hat üzerinde yüksek hızlı trenlerin sıklıkla işletilme zorluğudur [5]. İlk hızlı Shinkansen trenleri 1964 yılında Japonya'da, TGV trenleri 1981 yılında Fransa'da ve ICE yüksek hızlı trenleri 1991 yılında Almanya'da çalışmaya başlamıştır [6]. Hızlı tren işletmeciliğinde en klasik sistem, hızlı trenler kendi hatlarında, konvansiyonel trenler kendi hatlarında çalıştırılmasıdır. Japonya daki doğu, merkez ve batı Shinkansen hatları bu şekildedir [4]. Japon Shinkansen öncelikle yeni kent merkezlerini bağlamak, böylece büyük kentler üzerindeki gelişme baskılarını azaltmak için geliştirilmiştir [5].
7 Fransa da işletilen hızlı tren hatlarında yalnızca hızlı trenler çalışır, konvansiyonel hatlarda ise hem konvansiyonel trenler hem de hızlı trenler konvansiyonel tren hızlarında çalışmaktadır [4]. Fransız TGV tamamıyla yolcu kullanımı için tasarlanmış düşük maliyetli bir yüksek hız sistemidir. Kendine özgü hat üzerinde sadece TGV trenleri işletilmektedir. Konvansiyonel üstyapı ve sabit dizi düzeni kullanılması, sistemin yapım ve işletme maliyetlerini azaltmaktadır [5]. İspanya da ise; konvansiyonel hatlarda sadece konvansiyonel trenler çalışır. Hızlı tren hatlarında ise hızlı trenlerle konvansiyonel trenler birlikte çalışabilir. Ancak konvansiyonel trenler daha düşük hızlarda gideceğinden kapasite azalmaktadır [10]. Konvansiyonel ve hızlı trenler aynı hatlarda birlikte çalışabilir. Almanya ve İtalya da durum böyledir. Almanya ve İtalya Demiryolları, tüm tren trafiğini hızlı tren trafiğini hesaba katarak planlamaktadır. Aerodinamik hızlı tren tasarımları ileri teknoloji ile üretilir. Hızlı tren hatları özel olarak tasarlanır [4]. Türkiye de ise Ankara - İstanbul arasındaki mevcut tren hattı toplamı 576 kilometre olup, tümü sinyalli ve elektriklidir. Mevcut konvansiyonel hattan bağımsız, 250 kilometre/saat hıza uygun, çift hatlı, elektrikli ve sinyalli, olarak inşa edilen Hızlı Tren hattı tamamlandıktan sonra, iki büyük kent arasındaki mesafe, 533 kilometreye inecektir. Projenin Ankara - Eskişehir şehirleri arasındaki hattı 2009 yılı içerisinde hizmet vermeye başlamıştır. Hatlar arası mesafe 4,5 metre olup, 4 adet alternatif ve doğru akım dönüştürücü tarafından sürülen toplam 8 adet 3 fazlı, 600 kw asenkron motoru kullanılmaktadır. Eskişehir - İstanbul arasındaki inşaat çalışmaları ise devam etmektedir. Proje kapsamında ayrıca 12 adet hızlı tren seti kullanılacaktır [4]. Karayolu, demiryolu ve havayolu trafiği açısından en yoğun yolcu ve yük aksı olan Ankara- İstanbul hattında demiryolunun rekabet şansı artarak, yolcu payı %10'dan %78'e yükselmesi, Ankara-İstanbul hattında, demiryolu ile ortalama 7 saat, karayolu ile 5 saat, havayolu ile merkezden merkeze ve servis araçlarını kullanmak koşuluyla
8 dört saatlik seyir süresi Esenkent-Eskişehir hızlı tren hattının devreye girmesiyle; Ankara-İstanbul 4 saate indirilmesi planlanmaktadır [4]. Türkiye de hızlı tren hattı mevcut yola paralel olarak devam etse de yer yer kesiştiği noktalar bulunmaktadır. Bu noktalarda tren alt geçit ve tren üst geçitleri yapılarak mevcut ve hızlı tren hattının birbirleri ile olan ilişkisi kesilmiştir. Hızlı tren hattının Ankara-Eskişehir Devlet Karayolunu iki noktada kesmesi nedeniyle bu kesimlerde de yeni hızlı tren hattı, karayolu üzerinden köprü yapılmak suretiyle geçirilmiştir. Güzergâh üzerinde yer alan tarım alanları ve yerleşim merkezlerinden karayolu vasıtaları, traktör, biçerdöver gibi araçlar ile yaya ve hayvanların geçişini sağlamak üzere alt geçit, üst geçit ve menfez inşaatları yapılmıştır. Ankara-Eskişehir hızlı tren hattında ticari taşımacılığa başlamadan önce belli sürelerde kontrol ve test sürüşleri yapılmıştır. Hızlı tren hatlarına sertifika vermeye yetkili uluslar arası yetkili kuruluş olan Technischer Überwachungs-Verein Süddeutschland Rail ile test sürüşlerinin yapılması için İtalya'dan kiralanan 2 lokomotif ve 4 vagonla set haline getirilen ETR 500 hızlı tren seti ile 25 Nisan 2007 tarihinde test sürüşlerine başlanmıştır. TÜV SÜD Rail firmasınca uygulanan yöntemlerle kademe kademe hızlar arttırılarak yapılan test sürüşlerine TÜV SÜD, TCDD'nin teknik elemanları katılmıştır. Yapılan test sürüşlerinde 275 kilometre/saat hıza erişilmiştir [4]. Daha sonra yapılan test sürüşlerine, İspanya'dan satın alınan ve bu hatta yolcu taşıyacak olan yeni hızlı tren setleri ile devam edilmiştir. Yapılan testlerin ardından, 13 Mart 2009 tarihinde Ankara-Eskişehir Yüksek Hızlı Tren hattı işletmeye açılmıştır [4]. Konya ili, nüfus, tarım ve sanayi açısından Türkiye'nin büyük şehirleri arasında yer almaktadır. Ankara-Eskişehir-Afyon koridorundan Ankara-Konya mevcut Demiryolu 687 kilometre, Ankara-Konya karayolu ise 258 kilometredir. Ankara-Konya arasında demiryolu ile yapılan yolcu ve yük taşımacılığı uzun süre aldığından kara yolu taşımacılığı tercih edilmektedir. Bu nedenle Konya şehrinin
9 Türkiye'nin en büyük üç kentine (İstanbul, Ankara, İzmir) daha kısa zamanda ulaşımını sağlayacak hızlı demiryolu ile bağlantısını gerçekleştirmek amacı ile Ankara Konya demiryolu yapılması planlanmıştır. Ankara-Konya ve Ankara- İstanbul Hızlı Tren Projelerinin tamamlanmasından sonra; Ankara-Konya arasındaki 10 saat 30 dakikalık seyahat süresi 1 saat 15 dakikaya, İstanbul-Konya arasındaki 12 saat 25 dakikalık seyahat süresi ise 3 saat 30 dakikaya inmesi planlanmaktadır [4]. Çift hatlı, elektrikli, sinyalli, saatte 250 kilometre hıza sahip Ankara-Konya Hızlı Tren Projesi'nin inşaatı devam etmekte olup, 6 adet köprü, 26 adet üstgeçit, 58 adet altgeçit ve 1 adet 2030 metre uzunlukta tünel yapılmıştır. Ankara'dan başlayarak Konya'ya uzanan toplam 306 kilometrelik hattın, 94 kilometrelik kesimi Ankara- Polatlı arasında, Ankara-İstanbul Hızlı Tren Projesinde yer almaktadır. Projenin alt yapı inşaatının % 86 sı tamamlanmıştır [4]. Konya-Ankara ve Ankara-İstanbul hızlı tren projelerinin tamamlanmasından sonra; Konya-Ankara arasında seyahat süresi 1 saat 15 dakika, İstanbul-Konya arasında ise 3 saat 30 dakika olacaktır [4]. Mevcut Ankara-Sivas Demiryolu güzergâhı, 602 kilometre olup; bu proje ile 141 kilometre kısalarak 461 kilometreye inecektir. Ankara-Kırıkkale-Yozgat-Sivas karayolu güzergâh uzunluğu ise 442 kilometredir. Proje tamamlandığı zaman mevcut seyahat süresi 12 saat olan Ankara - Sivas arası 2 saat 51 dakika, mevcut seyahat süresi yaklaşık 21 saat olan İstanbul - Sivas arası 5 saat 49 dakika olacaktır [4]. 20 Kasım 2008 tarihinde yüklenici firmaya yer teslimi yapılmış olup, Yerköy-Sivas Hızlı Tren Projesinin ihale bedeli 840 milyon TL dir. 11 adet tünel, 6 adet köprüyol, 67 adet köprü, 218 adet altgeçit, 59 adet üstgeçit mevcuttur [4]. Hızlı tren sistemlerinin en son teknolojisi olan manyetik kaldırmalı trenleri ise özel rayları üzerinde oluşturulan elektromanyetik alan yardımı ile havada hareket eden trenlerdir. Manyetik kaldırmalı tren teknolojisi, büyük ölçüde geliştirilme aşamasında olduğu için henüz yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Manyetik
10 kaldırmalı trenlerin günlük yaşamdaki ilk örneği, Çin in Şanghay kentinde kullanılmaya başlanmıştır. Dünyadaki ilk ticari amaçla kullanılmaya başlanan manyetik kaldırmalı trenidir. Hızlı tren hizmet ve teknolojilerini geliştirmeye uğraşanlar, bugün, karayolu taşımacılığı ile karşılaştırılabilir üstünlüklerin çok ötesinde, belirli bir mesafeye kadar olan şehirlerarası ulaşımda, havayolu taşımacılığının sağladığı üstünlüğü alt edebilmenin peşindedirler ve bunda başarı da sağlamışlardır. Fransa, İsveç, Almanya, İtalya başta olmak üzere, kendi hızlı tren sistemlerini geliştiren Batı Avrupa ülkeleri yanında, Uzak Doğu'dan Japonya, aynı yıllarda, manyetik kaldırmalı ve uzaktan denetim teknolojilerine dayalı hızlı tren sistemlerine ilişkin altyapı yatırımlarına hız vermiştir [1].
11 4. MAGLEV TRENLERİ 4.1. MAGLEV in Kelime Anlamı MAGLEV sözcüğü ingilizce magnetic levitation sözcüklerinin kısaltılmasıyla elde edilmiş olup, manyetik olarak havada tutma, yükseltme, kaldırma anlamına gelmektedir. MAGLEV trenleri ise özel rayları üzerinde oluşturulan elektromanyetik alan yardımı ile havada hareket eden trenlerdir. MAGLEV tren teknolojisi, büyük ölçüde geliştirilme aşamasında olduğu için henüz yaygın olarak kullanılmaya başlanmadı. Almanya ve Japonya gibi gelişmiş ülkelerin MAGLEV tren teknolojileri üzerinde çalışmaları aktif olarak devam etmektedir. MAGLEV trenlerin günlük yaşamdaki ilk örneği, Çin in Şanghay kentinde 2004 den itibaren kullanılmaya başlanmıştır [12]. 4.2. MAGLEV Treninin Tarihsel Gelişimi Alfred Zehden tarafından 21 Haziran 1902 tarihinde alınan 782312 numaralı ABD patenti, 21 Ağustos 1907 tarihinde doğrusal motorla ileriye hareket ismiyle alınan RE12700 numaralı ABD patenti ilk patentlerdir. 02 Temmuz 1907 tarihinde elektromanyetik taşıt sistemi 859018 numaralı ABD patentiyle F.S. Smith tarafından geliştirilmiştir [12]. İlk modern tip MAGLEV treni 25 Ağustos 1959 tarihinde G. R. Polgreen tarafından Taşımacılıkta Manyetik Sistem adıyla 3158765 numaralı ABD patenti geliştirilmiştir. İlk MAGLEV kelimesi 3858521 numaralı ABD patentinde geçmekte olup, 26 Mart 1973 tarihinde "Magnetic Levitation Guidance" adıyla Kanadalı bir firma tarafından alınmıştır [12]. Diğer gelişmeleri Elektromanyetik cihaz jeneratörü ile manyetik alan akışı Jean Delassus 4131813 numaralı ABD patenti, hava bandı destekli, her yöne yönlendirilebilir, manyetik alan gücüyle yolculuk cihazı Harry A. Mackie 3357511
12 numaralı ABD patenti, iki taraflı doğrusal indüksiyon motorla havada askıya alınmış taşıt Schwarzler 3820472 numaralı ABD patenti olarak sıralanabilir [12]. Almanya da; 1937 ve 1941 yılları arasında manyetik alan kuvveti yardımıyla trenlerin hareket ettirilmesi konusunda Hermann Kemper tarafından GR643316, GR44302, GR707032 numaralı patentler alınmıştır [12]. 1960 yıllında İngiltere MAGLEV araştırmalarının başını çekti. Imperial Üniversitesinden Profesör Eric Laithwaite in geliştirdiği fonksiyonel MAGLEV yolcu aracı 4 adet yolcu taşıyabilmekteydi. ABD de 1960 ların sonundan 1970 lerin ortalarına kadar Ford Motor Şirketi, Stanford Araştırma Enstitüsü ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü tarafından gerçekleştirilen MAGLEV araştırmaları, 10 yıllık bir aradan sonra, 1980 lerde yeniden başlatıldı. Federal Hükümet desteği ile Kuzey Amerika koşullarına ve ihtiyaçlarına uygun, ikinci kuşak MAGLEV sistemini geliştirmeye yönelik bir teknoloji temeli oluşturmak için düşük sıcaklıklarda fiziki, güç elektroniği, aerodinamik, denetim ve araç dinamiği alanlarında araştırma geliştirme çalışmaları yapılmıştır. Dört yeni MAGLEV sistemi tasarlanmış olup, bunların hiçbiri gerçekleştirilememiştir. Ancak bu çalışmalar senkronize itme, taşıt ve hat arasındaki hava boşluklu elektromanyetik hava yastıklarının süper iletken uygulaması gibi yeni kavramların geliştirilmesini sağlamıştır [12]. 4.3. Çalışma Prensibi MAGLEV kavramı, Resim 4.1 de görüldüğü üzere günlük hayatta çok uzak olunmayan bir kavramdır. İki mıknatısın eş kutupları birbirini iter, zıt kutupları ise birbirini çeker. Alt alta uygun şekilde konulmuş iki mıknatıstan biri manyetik itme kuvvetlerinin etkisiyle diğerinin üzerinde hiçbir şeye temas etmeden havada durabilmektedir. MAGLEV trenler de temelde bu ilkeyle çalışmaktadır.
13 Resim 4.1. Eş kutuplu iki mıknatısın davranışı [14] MAGLEV trenlerin altında mıknatıslar bulunur. Aynı zamanda MAGLEV trenler için özel olarak üretilmiş tren raylarında da elektromıknatıslar bulunur. Elektromıknatıs, bir telin üzerinden elektrik akımı geçmesiyle oluşturulan manyetik alana sahip mıknatıstır. Tellerden akım geçmediğinde manyetik etki de ortadan kaybolur ya da akımın yönü kontrol edilerek mıknatısın kutupları değiştirilebilir. Bu mıknatıslar sayesinde tren, raylar üzerinde 1 ile 15 cm arasında bir yükseklikte ilerler. Raylarla temas olmadığı için sürtünme büyük ölçüde azaltılmış olur. Trenin şekli de havayla sürtünmeyi en aza indirecek şekilde tasarlanmıştır. Trenin ileriye doğru hareketi de elektromıknatıslar tarafından sağlanmaktadır. Bu konuda değişik uygulamalar olmakla birlikte, EDS (Elektrodinamik İtme) teknolojisinde kullanılan rayları ve treni, açılmış haldeki bir elektrik motoru gibi düşünebilir. Motoru oluşturan stator (dıştaki sabit kısım) ve rotor (içteki dönen kısım) dairesel şekilde iç içe oldukları için, dönme hareketi üretirken, üst üste duran tren ve raylarda ileri doğru bir hareket üretirler (Şekil 4.1).
14 Şekil 4.1. MAGLEV treninin elektrik motoru ile kıyaslanması [14] EDS teknolojisini kullanan trenlerde, raylardaki elektromıknatısların kutupları trene ileri yönde hareket verecek şekilde dinamik olarak değiştirilir. Bu değişim çok hassas sistemler tarafından, trene en yüksek hızı verecek şekilde kontrol edilmektedir. MAGLEV trenleri, normal trenlere oranla daha hızlı olmalarına karşın, çok güçlü elektromıknatıslar ve çok duyarlı kontrol sistemleri gerektirmekte olup, şu anki teknoloji, bu trenlerin yaygın olarak kullanımına izin verecek kadar gelişmiş değildir. MAGLEV trenlerin önündeki diğer büyük engelse, normal tren raylarında çalışamıyor olmalarıdır. MAGLEV trenleri geleneksel tren rayları ile kullanılmaz, bu yüzden yeni tüm güzergâh için yeni alt yapı sistemi kurulmalıdır. Bu trenler için yerleşim merkezleri arasında özel hatlar döşenmesi gerekmekte olup, bunun maliyeti de oldukça yüksektir. Fakat geçen zamanla birlikte gelişen teknoloji, MAGLEV trenlerin avantajlarını artırdıkça bu maliyet göze alınabilir ve gelecekte bu tür trenler, özellikle ülke içi yolcu taşımacılığında havayolu taşımacılığının yerini alabileceği düşünülmektedir. Eş kutuplu mıknatıslar birbirini iterek trene ileri doğru bir hareket verirken, zıt kutuplu mıknatıslar da birbirini çekerek bu harekete katkıda bulunur (Şekil 4.2). Tren biraz ilerlediğinde, raylardaki elektromıknatısların kutupları değişir ve aynı düzenek yeniden sağlanmış, sürekli bir hareket elde edilmiş olmaktadır [8].
15 Şekil 4.2. Ray üzerindeki elektromıknatısların davranışı [8] 1. S Kutbu 2. N Kutbu 3. MAGLEV Treni MAGLEV sisteminde, yol boyunca sıralanan bobinlere değiştirilebilen frekansta alternatif akım verilir. Bu sayede, araçtaki mıknatısların kilitlendiği bir manyetik dalga oluşturulur. Trenin hızı ise, bobinlerdeki akım frekansına bağlıdır. Bu ilke etrafında iki farklı sistem geliştirilmiştir. Bunlardan birincisi ve Japonların geliştirmekte olduğu itme modlu elektrodinamik sistemde, trendeki üstün iletken mıknatıslar kullanılır. Bobinlerde etkileşim sonucu oluşan manyetik yastık, treni yaklaşık 15 cm havaya kaldırmaktadır. Trendeki süper iletken mıknatıslar, bobinlerin yol boyunca oluşturdukları manyetik dalganın çekme ve itme kuvvetlerinin etkisiyle hareket etmektedir. Aracın yolu ortalaması da bu itme-çekme kuvvetlerinin yardımıyla olmaktadır. Eğer araç, yolun bir tarafına doğru kayarsa, yakınlaştığı kenardaki bobinde itme kuvveti, uzaklaştığı kenardaki bobinde de çekme kuvveti oluşmaktadır [8]. MAGLEV teknolojisinin başlıca iki tipi vardır; 4.3.1. EMS (Elektromanyetik çekme) Tren altında ve özel ray üzerinde bulunan elektromıknatısların oluşturduğu manyetik güç ile özel rayı üzerinde havaya (10-15 mm) kalkar ve ileri doğru hareket eder. En önde gelen EMS uygulaması Transrapid08 (Almanya, Şanghay (Çin)) MAGLEV
16 sistemidir. Raydaki elektromıknatısların yukarıya doğru uyguladığı elektromanyetik kuvvet sayesinde tren, raylara değmeden havada asılı kalır. Raydan çıkmaması için trenin alt kısmı, rayları saracak şekilde yapılmıştır [9]. Geleneksel elektromıknatıs kullanması nedeniyle üretimi daha kolaydır, taşıt hareketsiz durumda manyetik askıda kalabilmektedir, EDS sistemine göre daha az enerji harcamaktadır, taşıt ile özel rayları arasındaki hava boşluğu 1 cm yüksekliğindedir. Küçük hava boşluğu nedeniyle, özel ray son derece dikkatli ve hassas olarak inşa edilmesi gerekmektedir. Bu durum maliyeti ek olarak arttırmaktadır. Yüksekliğin 1 cm olması küçük yer sarsıntılarından dahi etkilenmesine neden olabilmektedir. Bu durum EMS nin en önemli olumsuzluğudur [5]. 4.3.2. EDS (Elektrodinamik itme) Tren ve özel rayın her ikisinde de manyetik alan vardır. Bu iki manyetik alan içersinde tren havada durur ve aynı zamanda ileri hareketini gerçekleştirir. Japon MAGLEV bu teknolojiye sahiptir. EDS de özel ray ile arasındaki boşluk 10-15 cm olup, EMS den çok daha yüksektir. Ayrıca EDS düşük hızla çalışmaya başladığında tekerleklerinden destek almak zorundadır. Çünkü düşük hızda (150 km/saat ve daha altı) yeterli oranda havaya yükselme gücü üretememektedir. Bununla birlikte tren yeterli hıza ulaştığında tekerleklerini içe çekerek yoluna devam etmektedir. EMS ye göre yük kapasitesi çok daha fazladır [8]. Tren içinde bulunanları mıknatısların ürettiği yüksek güçlü manyetik dalgalardan korumak amacıyla, yalıtıcı bakır levhalar kullanılmaktadır. EDS ancak tren hareketiyle olanaklıdır. Bu nedenle, tren yaklaşık 150 km/saat hıza erişene kadar lastik tekerlekler üzerinde hareket etmektedir. Buna kalkış hızı adı verilmektedir. Taşıt ile özel ray arasındaki hava boşluğu 15 cm ye kadar çıkmaktadır. Bu boşluk sayesinde özel ray yapımındaki hassasiyetindeki zorunluluk azalmakta ve yer sarsıntılarına karşı daha az duyarlı olmaktadır. Kurptan geçen EDS treni, otomatik
17 olarak kurp içine doğru eğilmekte; böylece yanal kuvvetin tren içindekiler tarafından hissedilmesi engellenmektedir [5]. Yüksek hızda trenler hareket ederken, özel raylar üzerinde bulunan itme bobinleri, tren üzerindeki manyetik süper iletken bobinlere karşı tepki gücü üretir. Japonların EDS sistemini kullanmaya iten en büyük sebeplerden biri de yüksek şiddetteki deprem esnasında trenin salınım yapacak boşluğunun olmasıdır. EMS ve EDS sistemlerinin her ikisinde tren üzerinde bulunan elektromıknatıslar tek başına, havaya yükseltme ve çekme (ileri hareket) gücünü üretemezler. Bu yüzden özel rayların üzerine de kilometrelerce elektromıknatıs bobinleri yerleştirilmiştir. Çok uzun mesafelerde, ileri itme bobinlerini ray üzerine yerleştirmek çok maliyetli bir işlem olmakta bu yüzdenden MAGLEV trenlerinin ilk yatırım maliyetleri oldukça yüksektir. Maliyeti azaltmak kapsamında özel rayların üzerine de kilometrelerce elektromıknatıs yerleştirmek yerine, MAGLEV trenlerine pervane (uçak pervanesi) veya jet motoru yerleştirilmesi gibi tasarımlar da düşünülebilmektedir. Alman modeli daha basit ve işletilmesi daha ucuzdur. Diğer yandan Japon MAGLEV trenleri ise Alman rakiplerine göre 160 km/saat daha hızlıdır [8]. 4.4. Kullanılmakta Olduğu Ülkeler 4.4.1. Şanghay (Çin) MAGLEV Dünyadaki ilk ticari amaçla kullanılmaya başlanan MAGLEV trenidir. Yapımına 2001 yılının Mart ayında başlanmıştır. 01 Ocak 2004 tarihinde kamu hizmeti vermeye başlamıştır [19]. Fakat TransRapid08 tipindeki bu tren Almanya da MAGLEV Transportation Development (Gesellschaft für Elektromagnetische Werkstoffe, Bochum ThyssenKrupp Group firmalarının oluşturduğu şirketler birliği) tarafından üretilmiş
18 ve gemi yoluyla Şanghay a getirilmiştir (Resim 4.2). Özel rayları ise Şanghay da kurulan fabrikada üretilerek; Long Yang Road Metro İstasyonu ile Pudong Uluslararası Hava Alanı arasındaki güzergâha çift ray tesis edilmiş olup, 30 km uzunluğundadır [19]. Resim 4.2. TransRapid08 Şanghay (Çin) MAGLEV treni [9] Özel rayları üzerinde saatte 431 km hıza çıkabilmekte ve 30 km olan mevcut yolunu 7 dakika 20 saniye gibi kısa bir zamanda alabilmektedir. 2 dakika 15 saniyede saatte 300 km hıza, 4 dakikada ise saatte 431 km hıza ulaşmaktadır. 2+1 adet Transrapid08 tipi tren mevcut olup bu trenler altışar özel vagondan oluşmaktadır. Vagonlardan biri 56 kişilik birinci sınıf (Resim 4.3) olup, diğerleri ise 110 kişiliktir (Resim 4.4) [9]. Tren işletmesi ise; 15 dakika aralıklarla hareket eden iki tren haftanın 7 günü, günde 15 saat hizmet vermekte geri kalan zamanda ise (gece) bakımları yapılmaktadır [19].
19 Resim 4.3. Şanghay (Çin) MAGLEV treninin birinci sınıf vagon [19] Tren uzunluğu 153,6 metre, genişliği 3,7 metre, yüksekliği 4,2 metre, test çalışmalarında ulaştığı maksimum hız 505 km/saat, toplam yolcu kapasitesi 574 kişidir [9]. Resim 4.4. Şanghay (Çin) MAGLEV treninin diğer vagonlar [19] Proje 10 milyar Yuan (yaklaşık 1,2 milyar ABD dolar) a tamamlanmıştır. Ray döşenmesi iki buçuk yıl sürmüştür. Günde 20 000 den fazla yolcu taşımaktadır. Çin mevcut güzergâhı her bir kilometresini yaklaşık 200 milyon Yuan (yaklaşık 24,6 milyon ABD doları) maliyetle daha da uzatmayı hedeflemektedir. Bu maliyete 8 şeritli bir anayol (asfalt otoban) yapılabilmektedir [19].
20 11 Ağustos 2006 tarihinde trenin yolcu vagonlarından birinin altında yangın çıkmış. Ölüm veya yaralanma olayı rapor edilmemiştir. Yangın sebebi tren bataryalarındaki elektriksel bir problemden kaynaklandığı bildirilmiştir [19]. 4.4.2. Japonya MAGLEV treni Üzerinde Japonların çalıştığı itme modlu elektrodinamik sistemde, yol boyundaki bobinlerde akım endüksiyon için araç üzerindeki süper iletken mıknatıslardan yararlanılır. Bu etkileşim sonucu oluşan manyetik yastık, aracı 10-15 cm havaya kaldırır ve araç adeta alçaktan uçan bir hava aracı gibi yol alır. Japonlar tarafından geliştirilen bu sisteme göre geliştirilen araçlar 100-150 km/saat in üzerindeki hızlarda manyetik yastık, daha düşük hızlarda tekerlekleri üzerinde hareket etmektedir [8]. Japonya'daki modelde, sekizer süper iletken elektromıknatıs trenin her bir vagonunun yanlarına yerleştirilmiştir ve binlerce metal bobin trenin hareket ettiği yol boyunca karşılıklı iki dizi halinde sıralanmıştır. Tren hareket ettiğinde, trendeki elektromıknatıslar altlarındaki yolda bulunan bobinlerde elektrik akımı indüklerler ve bunlar daha sonra elektromıknatıs haline geçmektedir. Güç artırıldıkça vagon ile yoldaki karşılıklı mıknatıslar birbirlerini iterler ve böylece tren yükselir. U biçimindeki tren yolunun her iki kenarındaki elektromıknatıs dizileri karşılıklı olarak polarite değiştirilmek suretiyle tren vagonlarını çekerek ve iterek trenin ileriye doğru hareketini sağlarlar. Japon mühendisler treni tasarlarken, hem daha yoğun bir manyetik alan oluşturdukları için ve hem de daha büyük kaldırma ve itme gücü sağlayabildikleri için süper iletken mıknatıslar konvansiyonel (demir çekirdekli) mıknatıslara tercih etmişlerdir [8]. Bu MAGLEV sistemi, Japonya Demiryolları Teknik Araştırma Enstitüsü (JRTRI) tarafından geliştirilmiştir. MAGLEV treninin serisinin son tasarımı MLX01 1970 den beri Japonya da geliştirilmektedir. MAGLEV trenlerinin testi Yamanashi MAGLEV Test Hattında 5 vagonun birleştirilmesi ile yapılmaktadır [8].
21 02 Aralık 2003 tarihinde özel Japon demiryolu şirketi Central Japan Railway e ait MAGLEV treni, başkent Tokyo nun batısındaki Yamanashi eyaletinde yapılan deneme sürüşünde 581 kilometre hıza erişmiştir (Resim 4.5) [8]. Resim 4.5. Japon MAGLEV treni [8] Japon MAGLEV treninde modern süper iletken mıknatıslar, daha geniş boşluğa izin veren geri itme tipi EDS dir. Süper iletken MAGLEV Shinkansen, Japonya Merkez Demiryolları Şirketi ve Kawasaki Ağır Endüstrileri tarafından geliştirilmiş olup, 2 Aralık 2003 tarihinde 581 km/saat hızla dünyanın en hızlı treni olmuştur [8]. 4.4.3. Linimo (Tobu Kyuryo hattı, Japonya) Dünyanın ilk ticari amaçlı kentsel MAGLEV sistemi Mart 2005 tarihinde Aichi de çalışmaya başlamıştır (Resim 4.6). 8,9 km uzunluğundaki, 9 istasyonlu Tobu-Kyuryo hattı Limino olarak da bilinir. Maksimum hızı saatte 100 kilometredir. Chubu Yüksek Hız Ulaşım Geliştirme Firması tarafından tasarlanmıştır [7].
22 Resim 4.6. Linimo (Tobu Kyuryo Hattı, Japonya) [7] 4.4.4. Emsland (Almanya) Almanya da geliştirilen çekme modlu elektromanyetik sistemde ise, araçtaki, bilinen demir çekirdekli (süper iletken olmayan) elektromıknatıslar özel rayın altından tutturulmuş ferro manyetik parçalar tarafından yukarı doğru çekilmektedir. Bu tür bir manyetik yastık doğal olarak kararlı (istikrarlı) değildir ve aracın mıknatısları ile yol arasında 1 ile 1,5 cm lik açıklığın korunması hassas denetim gerekmektedir [9]. Sistemin bir üstünlüğü, hareketsiz durumda da araç manyetik yastık üstünde kalabildiğinden uzun yüksek hız hatlarında olduğu gibi şehir içi ulaşım ve banliyö trenlerinde de kullanılabilinir (Resim 4.7). Resim 4.7. Emsland (Almanya) MAGLEV treni [10]
23 Almanya da çekme modlu elektromanyetik Transrapid MAGLEV sistemi Magnetbahn Gesellschaft Haftung tarafından 1960 yılından beri geliştirilmektedir. Emsland da 1980 lerin başında test sürüşü amacıyla bir deneme hattı inşa edilmiştir. 8 şeklindeki 32 kilometrelik hat işletim anındakine benzer koşullar sağlamaktadır. Prototip olarak geliştirilen TransRapid07 taşıtı saatte 400 ile 500 km arasındaki hızlarda beş yıl kadar düzenli olarak denenmiştir. Son olarak bu sistemin Berlin ve Hamburg arasındaki yeni bağlantı hattında kullanılması düşünülmektedir. Emsland da Alman MAGLEV tren şirketi olan Transrapid, 1980 yılında başladığı toplam uzunluğu 31,5 km olan test raylarını 1984 yılında tamamlamıştır. Lathen ve Dörpen arasında tek bir test hattında denenmiştir. Saatte 420 km hızın üstünde düzenli bir şekilde çalışmıştır [12]. 22 Eylül 2006 tarihinde Transrapid MAGLEV treni hattında bakım aracı ile çarpışması sonucu, test ekibinden 23 personel ölmüştür. MAGLEV trenlerinde meydana gelmiş ilk ölümlü ve en büyük kazadır (Resim 4.8). Resim 4.8. Transrapid MAGLEV treni kazası [19]
24 4.5. Ülkelerin MAGLEV Projeleri 4.5.1. İran İran, 800 kilometrelik Tahran ile Mashhad arasındaki MAGLEV hattı için Munich Based (German) Mühendislik Firması ile görüşmelerini Haziran 2007 tarihinden bu vakte sürdürmektedir. Mevcut tren ile 14 saat süren mesafe, MAGLEV treni ile 2 saat 40 dakika sürecektir (Harita 4.1). 6,7 milyar Euro değerinde yatırım yapılması planlanmaktadır [18]. Harita 4.1. İran MAGLEV tren hattı [18] 4.5.2. Çin Mevcut olan Şanghay MAGLEV treninin Long Yang Road Metro İstasyonu ile yeni Pudong Uluslar Arası Hava Alanı arasındaki güzergâhı Honquiao Hava Alanına kadar 36 kilometre daha uzatılması planlanmaktadır [19].
25 Almanya nın Transrapid Konsorsiyumu (Transrapid International, ThyssenKrupp ve Siemens) ile mevcut hattın Şanghay dan Hangzhou a kadar uzatılması düşünülmektedir [19]. 4.5.3. Almanya (Münih MAGLEV treni) Münih MAGLEV hattı Ana İstasyon ve Münih Uluslar arası Hava Alanını birbirine Transrapid09 MAGLEV treni kullanılarak bağlanacaktır. Hat 38 km uzunluğunda olup, azami 350 km/saat hızla 10 dakika sürmesi planlanmaktadır. 4.5.4. Britanya Krallığı (Londra Glascow Ultraspeed MAGLEV treni) MAGLEV hattı Londra dan Glascow a doğru Birmingham, Manchester, Liverpool gibi ülkenin iç kısımlarını ve kuzeybatı kuzeydoğu kapsayacak şekilde çeşitli projeler tasarlamıştır. İngiltere nin artarak devam eden trafik yoğunluğuna çözüm olarak güçlü bir tren sistemi ağı düşünülmektedir. 4.5.5. Amerika Birleşik Devletleri MAGLEV projeleri Yaklaşık 13 milyon dolarlık Amerika Birleşik Devletleri Ulaştırma Bakanlığı ve Florida Eyaletinin desteği ile MAGLEV 2000 Florida (James Powell ve Gordon Danby Şirketi tarafından) düşük hızlı uygulama üzerinde ve bu teknolojinin çok yüksek hız için uygunluğunu sağlamaya çalışılmaktadır. Çalıştırma özellikleri ve maliyetinin onaylanmasını da içine alarak, MAGLEV 2000 teknolojisine yönelik önemli miktarda gelişme sağlanmıştır. Sistemi diğerlerinden ayıran özelliği, önceden belirlenmiş bir rota üzerinden hareketten ziyade, aracı bir diğer yöne otomatik anahtar vasıtası ile yönlendirmeye olanak sağlamasıdır. Amerikan MAGLEV teknolojisini geliştirmek amaçlı çabaların çoğu Amerika Birleşik Devletleri Ulaştırma Bakanlığı gibi devlet organları tarafından desteklenmektedir. 1998 yılından bu yana, ulaşım amaçlı MAGLEV gelişimi için tahsis edilen toplam Federal finansman yaklaşık 30 milyon dolara ulaşmıştır [14].
26 Ülkelerin diğer MAGLEV tren projeleri; Hindistan (Delhi Mumbai), Japonya Tokyo Osaka, Kuzey Amerika (Kanada) Cascadia MAGLEV, Atlanta- Chattanooga, Baltimore-Washington D.C. MAGLEV, Kaliforniya-Nevada Interstate MAGLEV, Pittsburgh MAGLEV, San Diego Havaalanı MAGLEV, PAN-European Hattı IV (Dresden, Prague, Vienna, Bratislava, Budapest), Güney Kore DaeJeon MAGLEV, İsviçre (Swissmetro), Venezuela (Caracas La Guaira) dır [14]. 4.6. İptal Edilen MAGLEV Projeleri 4.6.1. Hamburg-Berlin (Almanya) 1994 yılında Hamburg ve Berlin şehirleri arasında Transrapid MAGLEV tren hattı projesi için çalışmalar başlatılmıştır. Transrapid08 MAGLEV tren modeli ile 295 km olan hattı saatte 450 km azami hızla 55 dakikada tamamlaması planlanmıştır. 1998 yılında maliyetin %50 artması nedeniyle proje durdurulmuştur [14]. 4.6.2. Metrorapid (Almanya) 80 km uzunluğundaki MAGLEV tren hattı Dortmund, Bochum, Essen, Mülheim, Duisburg, Düsseldorf Airport and Duesseldorf kentlerini içine almaktadır. Mevcut demiryolunun iyileştirilmesi daha az maliyete sahip olduğundan 2003 yılında proje iptal edilmiştir. 4.7. MAGLEV Trenleri Hız Rekorları MAGLEV trenleri; tekerlekli veya raylı taşıma araçlarına göre daha hızlı olduğu, zaman içerisindeki gelişmesiyle Çizelge 4.1 de belirtildiği üzere kanıtlanmıştır. Ulaştığı hızla, sadece jet uçakları (900 km/saat) ile kıyaslanabileceği anlaşılmıştır.
27 Çizelge 4.1. MAGLEV trenleri hız rekorları [8, 10] Yıl Ülke / MAGLEV Treni Hız Rekoru 1971 Batı Almanya Prinzipfahrzeug 90 km/saat 1971 Batı Almanya TR-02 164 km/saat 1972 Japonya ML100 60 km/saat 1973 Batı Almanya TR04 250 km/saat 1974 Batı Almanya EET-01 230 km/saat 1975 Batı Almanya Komet 401,3 km/saat 1978 Japonya HSST-01 307,8 km/saat 1978 Japonya HSST-02 110 km/saat 1979 Japonya ML-500R 504 km/saat 1979 Japonya ML-500R 517 km/saat 1987 Batı Almanya TR06 406 km/saat 1987 Japonya MLU001 400,8 km/saat 1988 Batı Almanya TR06 412,6 km/saat 1989 Batı Almanya TR07 436 km/saat 1993 Almanya TR07 450 km/saat 1994 Japonya MLU02N 431 km/saat 1997 Japonya MLX01 531 km/saat 1997 Japonya MLX01 550 km/saat 1999 Japonya MLX01 548 km/saat 1999 Japonya MLX01 552 km/saat 2003 Batı Almanya TR08 501 km/saat 2003 Japonya MLX01 581 km/saat 4.8. MAGLEV Trenlerinin Diğer Ulaşım Araçları ile Karşılaştırılması 4.8.1. Güvenlik Demiryollarındaki kazaların en yaygın nedeni hemzemin geçitlerdir. Uyarı işaretlerine uymayan karayolu araçları tren yoluna çıkarak kazaların oluşmasına sebebiyet vermektedir. MAGLEV trenlerde hemzemin geçit bulunmamaktadır.
28 İki MAGLEV treni birbirlerinin yanından hızla geçtiklerinde aralarındaki hız farkı 1000 km/saat e kadar çıkabilir. İşte bu yüzden hatlar arasındaki genişlik önemlidir. İki tren birbirine çok yakın geçtiği takdirde ilk karşılaştıklarında bir hava baskısına maruz kalır ve hemen akabinde de bu basınç ani düşüş gösterir. Basınç farklılıklarının ortadan kaldırılması için hızlı tren hatları arasındaki mesafe konvansiyonel hatlara göre daha büyüktür. Hatlar arası mesafe geniştir. Yüksek hızların elde edilmesi için MAGLEV trenlerin hatlarında kullanılan kurp yarıçapları konvansiyonel hatlara göre daha büyüktür. Kurptan geçen MAGLEV treni, otomatik olarak kurp içine doğru eğilmekte; böylece yanal kuvvetin tren içindekiler tarafından hissedilmesi engellenmektedir. MAGLEV tren hatlarındaki tüneller, içinden çift yönlü olarak geçen trenlerin oluşturacağı yüksek basıncı ortadan kaldıracak şekilde yüksek hıza uygun olarak inşa edilmiş olup, tünellerde yangın ve havalandırma sistemleri bulunmaktadır. 4.8.2. Titreşim Saatte 240 km hızda; TransRapid08 MAGLEV treni titreşim seviyesi; Fransız treni Grande Vitesse (TGV), İtalyan Pendolino, İsveç X2000 ve Acela hızlı trenleri ile karşılaştırıldığında daha düşüktür. Fransız TGV verisi, Paris in kuzey hattında TGV Nord da ölçülmüştür. İtalyan Pendolino verisi, Parma ve Reggio Emilia şehirleri arasında İtalya Ulusal Demiryolu ana hattının Milano-Bologna bölümünde ölçülmüştür. İsveç X2000 ve Acela verisi, Princeton yakınındaki Kuzeydoğu koridorunda ölçülmüştür. Şekil 4.3 de TransRapid08 MAGLEV treni saatte 240 km hızla giderken diğer hızlı trenler ile karşılaştırması verilmiştir [9].
29 Şekil 4.3. TransRapid08 treninin titreşim seviyesinin diğer trenler ile karşılaştırması 1. Acela 2. X2000 3. Pendolino 4. TGV 5. TR08 MAGLEV treni [9] Resim 4.9 da TransRapid08 MAGLEV treninin zemin üzerinde titreşim ölçümü gösterilmiştir [9]. Resim 4.9. TransRapid08 MAGLEV treninin zemin üzerinde titreşim ölçümü [9]
30 4.8.3. Gürültü TransRapid08 MAGLEV tren sisteminin gürültü ölçümlerinin sonucunda diğer yüksek hızlı trenler ile karşılaştırıldığında benzer veriler ortaya çıkmaktadır. 30,5 m mesafede ortak hızda gürültü seviyesi karşılaştırması Çizelge 4.2 de gösterilmiştir. Çizelge 4.2. TransRapid08 MAGLEV treninin gürültü seviyesinin diğer yüksek hızlı trenler ile karşılaştırması [10] Hız (km/saat) MAGLEV Teknolojisi 30,5 metrede ses seviyesi (db) Çelik Tekerlek - Raylı Teknoloji TR08 TR07 ACELA TGV 150 81 80 87 88 200 86 83 92 92 240-85 94 93 300 93 90-97 400 99 93 - - Japon Çevre Bakanlığı nın düzenlemelerine göre, yerleşim merkezlerinde bir demiryolunun 25 metre uzağında gürültü seviyesi 75 desibel veya daha az olmalıdır. Çizelge 4.3 de Japonya Shinkansen yüksek hızlı tren sisteminin özel gürültü limitleri göstermektedir. Shinkansen 1964 yılında açılmışken, gürültü limitleri 2001 yılında kabul edilmiştir [10]. Çizelge 4.3. Japonya Shinkansen hızlı trenin gürültü limitleri [10] Arazi Kullanım Kategorisi Azami Ses Seviyesi (db) Yaşam Alanı 70 Yaşam Alanı Dışı 75 Çizelge 4.4 de Almanya nın MAGLEV teknolojisinin özel gürültü limitleri, Resim 4.10 ve Resim 4.11 de ölçüm alanları gösterilmektedir. Japonya nın gürültü limitleri azami ses seviyesi iken Almanya nın gürültü limitleri günün saatlerine göre değişmektedir [10].
31 Çizelge 4.4. Alman MAGLEV treni gürültü standartları [10] Arazi Kullanım Kategorisi Ses Seviyesi (db) Gündüz Gece Hastane, Okul, Huzur Evi 57 47 Yaşam alanı 59 49 Köy, kasaba merkezleri 64 54 Sanayi Alanı 69 59 Resim 4.10. TransRapid08 MAGLEV treninin gürültü ölçümü [10]
32 Resim 4.11. TransRapid08 MAGLEV treninin gürültü ölçümü [10] 4.8.4. Enerji tüketimi Şekil 4.4 de Transrapid MAGLEV teknolojisinin enerji tüketiminin diğer ulaşım araçları ile karşılaştırılması gösterilmiştir [11]. Şekil 4.4. Enerji tüketimi [11] 1.Otomobil 2. Hızlı Tren 3. Transrapid MAGLEV Treni 4. Uçak
33 Transrapid MAGLEV treninin düşük enerji tüketiminin ana sebebi ray ile sürtünme olmayışıdır. Ancak hava direncine maruz kalırlar. Şekil 4.4 de görüldüğü üzere aynı hızda seyahat edildiği takdirde; Transrapid modern yüksek hızlı bir trenden yaklaşık olarak %20 daha az enerji tüketmektedir [11]. Uzun dönemli ulaşım politikalarının belirlenmesinde işletme ekonomisi önemli olmaktadır. Enerji tasarrufu işletme ekonomisinin en önemli unsurlarından biridir. Yüksek hız tren tasarımlarında yolcu/km başına düşen enerji tüketim miktarını düşürülmesinde vagon ağırlıklarının azaltılması önemli bir yer tutmaktadır. Otobanda tüketilen enerji demiryollarına oranla 3-5 kat fazladır. Demiryollarında elektrik enerjisi kullanılması olanağı vardır ki, bu enerji fueloil ve benzin gibi petrol türevlerine göre daha ucuz, dışa bağımlılığı daha az bir enerji türüdür. Aynı enerji ile Transrapid MAGLEV treni, hızlı trenlere göre yaklaşık olarak yüzde yirmi daha fazla yol alır. Eşit mesafede, otomobil yolculuğunun birim enerji tüketimi Transrapid MAGLEV tren sisteminden 3 kat fazladır [11]. Trenler hava direnciyle karşı karşıya kalır; hız ne kadar artarsa hava direnci de o kadar artar. Sonuç olarak, bir noktadan diğerine giderken ne kadar hızlanır ise o kadar fazla enerji tüketilir. Uçakların sahip olduğu avantajlardan bir tanesi hava yoğunluğunun düşük olduğu yüksekliklere çıkmasıdır. Ancak jet motorları çok verimli değildir. Bu motorların kullandığı enerjinin büyük çoğunluğu boşa gider. Kısaca bir jet motorunun çıkardığı ses, ısı ve rüzgâr, kayıp enerjidir. Uçağın gitmesi için geriye kalan oran sadece % 10 dur. Elektrikli trenlere baktığımızda ise çok fazla ses çıkarmadıklarını, ısındıklarını ama binlerce dereceye ulaşmadıkları görülür. Sonuç itibariyle bu trenlerdeki enerji verimliliği oldukça yüksektir. Sarf edilen enerjinin yüzde 40 ila 60 ı trenin ilerlemesini sağlar [10]. Demiryolu işletmeciliği, kitlesel taşımacılık sağlanması ve ulusal enerji üretimi olan elektrik enerjisini kullanması sonucunda önemli ölçüde döviz tasarrufu sağlama potansiyeline sahiptir. Ayrıca özellikle araç trafiğini karşılayacak olan otoyollara oranla daha az arazi kullanımı ve tüketilen enerjinin çevre kirliliğine yol açmaması nedeniyle de gelişmiş ülkelerde ulaştırma sektörü içinde süratle artan bir paya sahip
34 olmaktadır. TransRapid 07 MAGLEV trenin manyetik alan seviyelerinin diğer elektrikli aletlerle kıyaslaması Çizelge 4.5 de gösterilmiştir [12]. Çizelge 4.5. TR07 Manyetik alan seviyelerinin (1 mili gauss= 0,1 mikro tesla) diğer elektrikli aletlerle kıyaslaması [12] Kaynak Uzaklık (Metre) Manyetik Alan (Mili Gauss) TransRapid07 Yolcu Vagonu Vagon Zemini 100 TransRapid07 Yolcu Vagonu Yolcu Baş Seviyesi 20 TransRapid07 3 65 TransRapid07 10 20 Mikrodalga Fırın 0,3 40 80 Saç Kurutma Makinesi 0,03 60 20 000 Televizyon 1 0,1 2 4.8.5. Altyapı ve işletme maliyetleri Bu bölüm MAGLEV trenlerinin diğer benzer ulaşım türlerine ve yeni yüksek hızlı demiryollarına karşı artı ve eksilerini ölçmektedir. Üretim için başlangıç sermaye maliyetleri, MAGLEV trenlerinin benzer şekilde yüksek başlangıç yatırım gereksinimin ulaşım geri ödemesi ve kapsamlı ekonomik maliyet ve faydaları incelenmektedir. Yüksek hızlı ve MAGLEV trenlerinin yatırım ve işletme maliyetleri, koridorlar ve özellikle teknolojik seçenekler arasında çeşitlilik göstermektedir. Bu çeşitliliğin temel faktörleri arasında koridor uzunluğu, trafik yoğunluğu, taşıt boyutları ve geçki arazi kullanım özellikleri sayılabilir. ABD de yapımı öngörülen sistemler için hazırlanan raporda, yeni bir yüksek hız demiryolunun ilk altyapı/yatırım maliyetlerinin kilometre başına 6-28 milyon ABD doları, MAGLEV treninin ilk yatırım maliyetlerinin ise kilometre başına 12-31 milyon ABD doları arasında değiştiği öngörülmektedir. ABD de hazırlana diğer bir araştırma raporunda, Fransız TGV hızlı treninin 1994 yılı altyapı maliyetleri de verilmektedir. Buna göre,
35 işletilmekte olan ve planlanmış dört TGV hattının altyapı maliyetleri kilometre başına 2-5 milyon ABD doları arasında değişmektedir. İşletme ve bakım maliyetleri karşılaştırıldığında, yüksek hız demiryolu ve MAGLEV treni maliyetlerinin birbirlerine yakın ve yolcu/kilometre başına 0,063-0,088 ABD doları arasında değiştiği öngörülmektedir [11, 13]. Uçaklar geliştirilmesi ve yönetimi trenlere oranla çok daha pahalı araçlardır. Ayrıca uçaklar için havalimanlarında yüksek masraflar söz konusu olmaktadır. Uçakların maliyet konusundaki bir diğer dezavantajı da çok fazla yakıt tüketmeleridir. Sonuç itibariyle uçakların işletme maliyetleri trenlerle karşılaştırıldığında 2 ile 3 kat fazla olduğundan hızlı trenlerin daha ucuz bir hizmet sağlamaları mümkündür. Buna örnek olarak Fransa nın iki büyük şehri arasındaki ulaşım gösterilebilir. Birbirlerine 450 kilometre mesafede olan Paris ve Lyon şehirleri arasında ilk hızlı tren seferleri 1981 yılında başlamıştır. Paris ve Lyon arasındaki seyahat süresi iki saate düşmüştür. Bu gelişme iki şehir arasında gerçekleştirilen havayolu yolculuklarının yüzde kırk oranında düşmesine neden olmuştur [4]. MAGLEV trenlerinin hâlihazırdaki türlerin değişik uzaklıklardaki seyahatlerine karşı hangi ölçüde üstünlük sağlayacağı ve bunu başarıp başaramayacağının beklenip beklenmemesi, geniş ölçüde ulaşım analizi ve bazı temel prensipleri gerektirir. Bu nedenle karayolu ve havayolu ulaşımı açısından bakıldığında, MAGLEV trenlerinin en avantajlı alanı Şekil 4.5 de belirtildiği gibidir [14]. Şekil 4.5. MAGLEV treni ideal yolculuk mesafesi [14]