Gemiler için basınçlı hava enerji depolama ve atık ısı geri kazanım sistem analizi
System analysis of compressed air energy storage and waste heat recovery for ships
- Tez No: 1022067
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ASIM SİNAN KARAKURT, DOÇ. DR. İBRAHİM ÖZSARI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gemi Mühendisliği, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Gemi ana motorundan çıkan egzoz gazı yüksek sıcaklıklara sahiptir. Bu atık ısı kullanılmadan çevreye verilmekte ve ihtiyaç olan elektrik üretimi için fazladan yakıt kullanılmaktadır. Bahsi geçen sonuçlar sebebiyle Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) MARPOL Ek VI ile Avrupa Birliği (AB) enerji verimliliği ve çevre konulu kuralları neticesinde gemilerin temiz ve sürdürülebilir enerji üretimi önem arz etmektedir. Bu araştırmada, detaylı bir şekilde termodinamik analizler hazırlanıp Avrupa limanında hareket eden bir yük gemisi için Organik Rankine Çevrimi (ORC), Sıkıştırılmış Hava ile Enerji Depolama (SHED) ve Termal Enerji Depolama (TED) sistemlerinin birleşimini içeren kompakt bir enerji sistemi dizayn edilmiştir. Gemi ana motorundan elde edilen sıcak ceket suyu ve egzoz gazı dizayn edilen sistemin atık ısı kaynağı olarak kullanılmaktadır. Bu atık ısılardan elde edilen enerji Atık Isı Kazanım (WHR) yöntemi ile üretilse de dalgalanmalar olmadan sürekli olabilmesi için SHED ve TED sistemleri devreye girmektedir. Bahsi geçen sistem, geminin çalışma modlarına göre ayarlanabilmektedir. Böylece, gemi seyir esnasında SHED sisteminin hava deposu doldurulup gemi limandayken 2 türbin çalıştırılıp aktif operasyon sürecinde enerji ihtiyacının karşılanması sağlanmaktadır. Diğer türbin ise, yine gemi limandayken yardımcı elektrik ihtiyaçlarını (otel yükleri) karşılamak için seyir esnasında SHED sisteminin hava deposu dolduktan sonra ORC sistemi çalıştırılıp bataryalarda depolanmak üzere enerji üretmektedir. Atık ısıdan enerji kazanma aşamalarında çalışma akışkanı olarak R1233zd(E) ve hava kullanılmıştır. Kompakt sistemin termodinamik açıdan optimizasyonunun sağlanması için enerji, ekserji, ekserji verim, ekserji yıkım, EPC, y, RTE ve ECOP değerlerinin hesaplaması yapılmıştır. Ekserji verim, EPC, RTE ve ECOP değerleri çevre sıcaklığına, hava deposu hacmine, hava deposu boşaltma süresine ve kompresör basınç oranına bağlı olarak parametrik bir şekilde analiz edilip yorumlanmıştır. Sonuç olarak önerilen sistem, enerji verimliliğini arttırmakla beraber AB ve IMO düzenlemeleri için uygun olup sahada uygulanabilir bir çözüm sağladığı görülmektedir.
Özet (Çeviri)
Exhaust gases from a ship's main engine reach very high temperatures. This waste heat is currently released into the environment without being utilized, and additional fuel is consumed to generate the required electricity. Due to these consequences, the production of clean and sustainable energy on ships has become a priority under the International Maritime Organization (IMO) MARPOL Annex VI and the European Union (EU) regulations on energy efficiency and environmental protection. In this study, detailed thermodynamic analyses were conducted to design a compact energy system for a cargo ship operating in a European port, incorporating a combination of the Organic Rankine Cycle (ORC), Compressed Air Energy Storage (CAES), and Thermal Energy Storage (TES) systems. Hot jacket water and exhaust gas from the ship's main engine are utilized as waste heat sources for the designed system. While the energy derived from this waste heat is generated via the Waste Heat Recovery (WHR) method, the SHED and TED systems are activated to ensure a continuous supply without fluctuations. The system in question can be configured according to the ship's operating modes. Thus, the SHED system's air reservoir is filled while the ship is underway, and two turbines are operated while the ship is in port to meet energy requirements during active operations. The other turbine, meanwhile, generates energy to be stored in the batteries by operating the ORC system after the SHED system's air reservoir is filled during navigation, thereby meeting auxiliary electrical needs (hotel loads) while the ship is in port. R1233zd(E) and air were used as working fluids in the waste heat recovery stages. To ensure the thermodynamic optimization of the compact system, calculations were performed for energy, exergy, exergy efficiency, exergy loss, EPC, y, RTE, and ECOP values. These values were analyzed and interpreted parametrically based on ambient temperature, air reservoir volume, air reservoir discharge time, and compressor pressure ratio. As a result, the proposed system is found to be a field-applicable solution that not only improves energy efficiency but also complies with EU and IMO regulations.
Benzer Tezler
- Energy efficiency oriented model based investigation of marine diesel engine and auxiliary systems
Enerji verimliliğine yönelik gemi dizel makineleri ve yardımcı sistemlerinde modelleme tabanlı araştırma
ÇAĞLAR DERE
Doktora
İngilizce
2021
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ DENİZ
- Gemiler için kinematik bir stirling motorunun hareket mekanizmalarının incelenmesi
An investigation on driving mechanisms of the kinematic stirling engine for ships
SERDAR METE
Doktora
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- İki stroklu gemi dizel motorlarında performans izleme ve değerlendirme uygulaması
Application of performance monitoring and evaluation for two stroke marine diesel engines
GÖRKEM KÖKKÜLÜNK
Doktora
Türkçe
2016
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN HÜSEYİN ERDEM
- Gaz türbinlerinde su/buhar enjeksiyonunun termoekonomik performans ve emisyonlar üzerindeki etkisinin incelenmesi ve optimizasyonu
Effects of water/steam injection on the thermoeconomic performance and emissions of gas turbines and their optimization
HASAN KAYHAN KAYADELEN
Doktora
Türkçe
2014
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASİN ÜST
- Dizel makinelerde yakıt püskürtme değişkenleri ile egzoz salımı ilişkisi üzerine deneysel bir araştırma
An experimental research on the relations of fuel injection variables and exhaust emissions for diesel engines
YİĞİT GÜLMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiGemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA NURAN