Yüksek hızlı izli ulaşım sistemlerinin çok ölçütlü değerlendirilmesi

Abstract

Dünyadaki hızlı kentleşme süreciyle birlikte ulaşım modlarına olan talep artmıştır. Özellikle de yüksek hızlı ulaşım sistemlerine olan ilgi artmıştır. Daha yüksek hızlarda ulaşım sağlamak uzun süredir uğraş konusu olmuştur. Uzak mesafeli yolculuklarda seyahat süresini kısaltmak ve bununla birlikte seyahat maliyetlerini mümkün olduğunca düşürerek yüksek hız ve yenilikçi ulaşım sistemlerinin geliştirilmesi önem kazanmıştır. Yüksek hızlı izli ulaşım sistemleri sağladığı yüksek hız, konforlu ve güvenli seyahat imkanı, işletme güvenilirliği ile karayolu ve havayolu taşımacılığına bir alternatif oluşturmuştur. Bu bağlamda, günümüzde yaygın olarak kullanılan Yüksek Hızlı Demiryolu (YHD) teknolojisi ile birlikte Maglev ve Hyperloop gibi yenilikçi sistemler de geliştirilmeye başlanmıştır. Konvansiyonel yüksek hızlı demiryolları, 20. yüzyılın ikinci yarısında ortaya çıkan ve geleneksel demiryolu sistemlerine kıyasla çok daha yüksek hızlarda seyahat edebilen tren sistemleridir. Bu sistemler, Japonya'nın Shinkansen'i, Fransa'nın TGV'si ve Almanya'nın ICE'si gibi başarılı örneklerle dünya genelinde yaygınlaşmıştır. Türkiye'de 2009 yılında Ankara-Eskişehir hattının açılmasıyla, ülkemizde yüksek hızlı demiryolu teknolojisi kullanılmaya başlamıştır. Avrupa'da ve diğer bölgelerde de yüksek hızlı demiryolu ağlarının genişlemesiyle bu sistemlerin etkinliği kanıtlanmıştır. Türkiye'de de yüksek hızlı demiryolu hatlarının artması, ülkenin ulaşım altyapısında önemli bir gelişmeyi temsil etmektedir. Yüksek hızlı demiryolların, mevcut hatlarda 200km/sa ve yeni inşa edilen hatlar için 250 km/sa üzerindeki hızlarda çalışabilen trenlerin kullanıldğı özel olarak inşa edilmiş veya iyileştirilmiş hatlarda işletilen sistemlerdir.Yüksek hızlı demiryollarının en büyük avantajlarından biri, yüksek yolcu kapasitesi ve şehir merkezlerini birbirine bağlayarak şehir içi ve şehirler arası yolculuk sürelerini önemli ölçüde kısaltmasıdır. Ayrıca, bu sistemler, karayolu ve havayolu ulaşımına kıyasla daha düşük karbon ayak izine sahip olup, çevre dostu bir alternatif sunmaktadır. Maglev trenleri, manyetik kaldırma prensibiyle çalışan tekerleksiz ulaşım araçlarıdır. Manyetik alanlar kullanarak sürtünmeyi azaltan bu trenler, yüksek hızlara ulaşabilme potansiyeline sahiptir. Maglev teknolojisi, tarihsel olarak 20. yüzyılın başlarına dayanmaktadır ve Japonya, Almanya ve Çin gibi ülkelerde geliştirilmiştir. Levitasyon prensibi, mıknatısın aynı kutuplarının birbirini çekmesi ve zıt kutupların birbirini itmesi prensinin araçları havada tutmak için kullanılmasını içermektedir. Maglev trenlerinde yanal kılavuzluk ilkesi, manyetik alanların kontrolüyle sağlanır. Maglev ulaşım sistemlerinin elektromanyetik süspansiyon (EMS) ve elektrodinamik süspansiyon (EDS) olmak üzere iki farklı teknoloji bulunmaktadır. EMS, manyetik çekim kuvvetiyle levitasyon sağlar, ancak doğrusallığı ve kararsızlığı nedeniyle bazı dezavantajlara sahiptir. EDS ise manyetik itme kuvvetleriyle treni havada taşımaktadır ve daha yüksek hızlara ulaşabilir, ancak daha karmaşıktır ve başlangıçta tekerlekler kullanılması gerekmektedir. EMS ve EDS sistemleri arasında farklı avantajlar ve dezavantajlar bulunmaktadır. EDS, daha yüksek hızlar için daha uygun olabilirken, EMS sistemi enerji tüketimi açısından avantajlıdır. Ayrıca, EMS trenlerin hızı için bir asgariye ihtiyaç duymazken, EDS için belirli bir hız gereklidir. Maglev trenleri, temiz ve sessiz toplu taşıma seçenekleri olarak bilinir. Yüksek başlangıç maliyetleri ve sınırlı uyumlulukları gibi dezavantajlar da vardır. Sürekli araştırma ve geliştirme, bu dezavantajların üstesinden gelmek için önemlidir. Hyperloop ulaşım sistemi ilk olarak Elon Musk tarafından 2013 yılında beşinci ulaşım modu olarak gündeme gelmiştir. Hala kavramsal aşamada olan Hyperloop fikri ilk olarak 1910'larda Amerikalı roket bilimci Robert Goddard tarafından tünel içinde yüzen vakum treni olarak ortaya atılmıştır. Hyperloop teknolojinin çalışma prensibi, kapsüllerin düşük basınçlı bir tüpte lineer asenkron motorlarla sürtünmeyi ve hava direncini en aza indirerek 1220 km/saat gibi çok yüksek hızlara ulaşmasıdır. Hyperloop teknolojisinin çalışma prensibi, manyetik kaldırma ilkesine dayanır ve yüksek hızlarda seyahat eden otonom kapsüllerin düşük hava basıncına sahip tüplerde taşınmasını içermektedir. Kapsüller, hava sürtünmesini en aza indirerek araçların ses üstü hızlara ulaşmasını sağlamaktadır. Yolcu veya yük taşımak için kullanılan kapsüller ve bunların hareket ettiği tüpler sistemin temel bileşenleridir. Tüpler, vakumlanmış silindir şeklinde tasarlanır ve kapsüllerin etrafındaki hava akışını sağlamaktadır. Kapsüllerin tasarımında, sürtünmeyi azaltmak için aerodinamik yapılar kullanılır ve iç kısımları yolcu konforunu ön planda tutacak şekilde düzenlenmektedir. Hyperloop'un yapı özellikleri, tüp geometrisi, kapsül tasarımı ve istasyonların yapısı gibi unsurları içermektedir. Tüplerin yapı malzemesi çelikten olup, pilonlarla desteklenir ve arazi kullanımını azaltmak için prefabrik kolonlar üzerine inşa edilmektedir. Kapsüllerin tasarımı, hava direncini azaltmak ve yüksek hızlara ulaşmak için optimize edilmiştir. Yolcu kapsüllerinin iç tasarımı, konfor ve güvenlik açısından özenle planlanmıştır. Hyperloop'un avantajları arasında yüksek hız kabiliyeti, enerji verimliliği, kısa seyahat süreleri, sürdürülebilir ulaşım ve trafik sorununun olmaması gibi unsurlar yer almaktadır. Ancak, güvenlik endişeleri, yüksek ilk yatırım maliyeti, teknik fizibilite zorlukları ve kamu kabulü gibi dezavantajlar da göz önünde bulundurulmalıdır. Üç yüksek hızlı izli taşıma sisteminin teknik gereksinimleri ve çalışma prensipleri birbirlerinden farklıdır. Her sistemin kendine özgü avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. Bu sistemler farklı yaklaşımlarla karşılaştırılmış ve değerlendirilmiştir. Bu değerlendirme literatürde bulunan bilgiler esas alınarak yapılmıştır. Hangi sistem veya teknolojinin tercih edilmesi gerektiği konusunda karar vermek karmaşık bir süreçtir. Bu süreçte dikkate alınması gereken bir dizi önemli ölçüt bulunmaktadır. Yüksek hızlı ulaşım sistemlerinin değerlendirilmesi için genel performans özellikleri, geometrik standartları, maliyet ve çevresel etkiler olmak üzere dört adet ana ölçüt belirlenmiştir. Hız, sefer aralığı, kapasite, hızlanma ivmesi, seyahat süresi, mevcut sistemler ile uyumluluk, istasyonlar arası mesafe, minimum yatay kurp yarıçapı, minimum düşey kurp yarıçapı, dever, maksimum boyuna eğim, enkesit genişliği, inşa maliyeti, altyapı işletme ve bakım maliyeti, araç işletme ve bakım maliyeti, enerji tüketimi, sera gazı emisyonu, elektriklenme şekli, gürültü, titreşim, arazi kullanımı olmak üzere toplam 21 alt ölçüte yer verilmiştir. Öncelikle Çok Ölçütlü Karar Verme (ÇÖKV) yöntemlerinden olan Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP) yöntemi ile kriter ağırlıkları belirlenmiştir. Elde edilen kriter ağırlıklarında en önemli ana kriter genel performans özellikleri olarak belirlenmesine rağmen maliyet ana ölçütünün inşa maliyeti, altyapı işletme ve bakım maliyeti en önemli alt ölçütler olmuştur. Arazi kullanımı, titreşim ve enkesit genişliği ise en az öneme sahip alt kriterler olarak belirlenmiştir. Daha sonra belirlenen ölçütlere göre alternatifler ÇÖKV yöntemlerinden olan MOORA yönteminin farklı adımları olan MOORA-Oran yöntemi, Referans Noktası Yaklaşımı, Tam çarpım Formu Yaklaşımı kullanılarak değerlendirilmiştir. MOORA yöntemlerinin her biri farklı kriter ve hesaplama yöntemlerine odaklandığından, her yöntemde farklı sonuçlar ortaya çıkmış, ancak elde edilen sıralamalar MULTIMOORA yöntemi ile bir araya getirilerek nihai sıralama yapılmıştır. MULTIMOORA yöntemi, üç farklı MOORA yönteminin sonuçlarını birleştirerek daha dengeli ve kapsamlı bir sıralama sunmaktadır. Bu kapsamlı değerlendirme sonucunda Hyperloop, genel performans ve ölçüt değerlendirmelerinde en yüksek puanı alarak birinci sırada yer almıştır. Bu durum, Hyperloop'un yenilikçi teknolojisi, yüksek performans potansiyeli ve çevresel etkiler avantajı sayesinde diğer alternatiflere göre daha üstün bir seçenek olduğunu göstermektedir. Yüksek Hızlı Demiryolları, dengeli performansı ve düşük inşa maliyeti etkinliği ile ikinci sırada yer alırken, Maglev yüksek inşa maliyetleri, düşük çevresel etkiler performansı nedeniyle üçünsü sırada yer almıştır. Hyperloop yüksek bakım maliyetlerine, mevcut sistemler ile uyumlu olmamasına rağmen yapılan değerlendirmede sağladığı hız, seyahat süresi ve minimum çevresel etkileriyle en iyi performansa sahip seçenek olarak görülmektedir. Ancak Hyperloop ulaşım sisteminin hala teorik bir teknoloji olması ve henüz aktif bir işletmesinin bulunmaması unutulmamalıdır. Bu çalışmanın, karar vericilerin projelerini planlarken hangi alternatifin daha avantajlı olacağını belirlemelerine yardımcı olması amaçlanmıştır.