Raylı sistemlerde yol tasarımının enerji tüketimi üzerine etkilerinin belirlenmesi
Railway track designing effects on energy consumption
Yazar: İLHAN KESKİN
Danışman: DOÇ. DR. ÖNDER GÜLER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Enerji Enstitüsü / Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Ulaşım = Transportation

Özet:
İnsanlık gelişiminden günümüze kadar, insanoğlunun en büyük hedeflerinden biri ürünlerin ve yolcuların ulaştırılması olmuştur. Genellikle ulaşımdaki en temel icatların tekerleğin, demiryolunun ve uçağın keşfi olduğu kabul edilir.
Raylı sistemler günümüzde de sadece uzak mesafe ulaştırmaları için değil aynı zamanda şehir hayatının bir parçası olmuştur. Metro, hafif metro ve özellikle tramvay hatları şehirlerin sembolü ve en hareketli sistemleri haline gelmiştir. Raylı taşımacılık şehir içi ulaşımda diğer ulaştırma türlerine göre daha ekonomik, güvenli ve sürdürülebilir bir ulaştırma biçimi olmasından ötürü tercih edilen, devamlı ilgi ve yatırımı artan bir ulaştırma türüdür.
Ulaştırmada enerji tüketiminde raylı sistemlerin kcal/yolcu-km değeri 104 iken otomobillerde 705 kcal/yolcu-km ve uçaklarda 564 kcal/yolcu-km olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu nedenle, raylı sistemlerin toplam ulaştırma içindeki payı her geçen gün yeni yatırım ve projelerle artmaktadır. Raylı sistemlerin kullanımlarının artışından dolayı, bu sistemlerde enerji verimliliği ve tasarruf projeleri önemli bir konu haline gelmiştir.
Tez konusu bağlamında daha proje aşamasında yapılabilecek tasarımlarla enerji tüketimini azaltmaya yönelik konular irdelenmiştir. Genel enerji tüketiminde temel tüketicilerden biri olan araç tüketimini etkileyen faktörler belirtilmiştir. Bu faktörlerde araç tasarımının yanı sıra yol tasarımının etkisi üzerinde durulmuştur.
Yol tasarımında tepe-vadi eğrisi sistemi ile enerji kazanımı yapılabileceği, çeşitli makalelere konu olmuş, ancak detaylı bir çalışmaya rastlanamamıştır. Bu tepe ?vadi eğrisi (TVE) tasarımına göre istasyon giriş ve çıkışlarında yapılabilecek eğim düzenlemeleri ile enerji kazanımı elde edilebileceğinden hareketle, öncelikle istasyon yerlerinin projelendirilmiş olan bir hat üzerinde yerlerinin değişimi TVE? ye uygun olacak şekilde yapılmıştır. Daha sonra planlanan istasyon yerlerinin öncesinde artan, sonrasında azalan eğimler ile araç ivmelenmesi ve frenlemesi için mekaniksel enerji tasarrufu sağlanarak enerji tüketimi kazanımı hedeflenmiştir.
Yapılan simülasyonlar sonucunda TVE sistemine göre düzenlenmiş hatta enerji tüketimlerinde azalmalar olmuştur. Bunda da en büyük etkenin eğim derecesi olduğu görülmüştür.

Abstract:
Transporting of the goods and the people have been one of the biggest purposes of the human development in technology. Inventions of the wheel, plane and development of the railroads have been accepted as main inventions on transportation.
In today?s world railway systems are not only for the long-way transportation purposes but they also became the live part of the city life. Metro, Light Rapid Transit and especially trams have been the symbols and one of most dynamic systems of the cities. Since the railway systems are safer, more economical and sustainable than the other systems with the increasing demand and investments they are the preferable solution for the transportation
In transportation industry, while the energy consumption value at railway systems is 104 kcal per passenger-km, the value for the cars is 705 and for the planes 564 kcal per passenger-km. From that comparison it can be easily made sense that railway systems are extremely eco-friendly systems according to the other transportation systems. By the way, the ratio of the railway usage to the all transportation kinds is increasing with the new investments and constructions. In that point, using energy- efficient systems and developing energy savings in railways systems has been considered as an important mission.
In that thesis, the reduction of the energy consumption of metro systems by developing new designs during the project phase has been studied. Besides defining the vehicles as the main electrical energy consumers of the railways, the effect of track design on metro energy consumption has also been discussed.
In some technical articles, scientist has touched to the hump profile design effects on energy consumption reduction but it could not been studied the numerical results or simulation on this topic. Due to the hump profile design, it can be replaced with increasing grades before railway station and decreasing grades after station to achieve mechanical energy reduction. With that target, at the beginning of studies it has been thought to change the station replacement. Since the technical limitation the idea has changed to give grade to the track alignment before and after stations. In railway systems vertical and horizontal alignment of the track geometry are under some limitation which cannot been exceed. Especially in metro lines, vertical grades  has limited up to %4 depending on vehicles technical designs. Hence, metro track alignments has studied due to that and other technical limits. According to hump profile design, grades from %1 to %4  has studied for the energy consumption reduction on metro vehicle by giving after and before stations.
Simulation results shows that energy reduction can be achieved by changing the track design according to hump profile. Therefore, in that reduction grade level- changing on different distance- is important criteria in track design.