Application of the solar photovoltaic system in merchant ships and analysis of designed system
Ticari bir yük gemisinde güneş pili uygulaması ve tasarlanan sistemin analizi
- Tez No: 549497
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ YALÇIN DURMUŞOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Denizcilik, Enerji, Marine, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 129
Özet
İnsanoğlu çok uzun zamandır geliştirdiği içten/dıştan yanmalı makinalarda yakıt olarak petrol bazlı ürünlere yer vermiştir. Çok uzun yıllar petrol ve türevi yakıtların kullanılması ise günümüzde kötü etkilere yol açmıştır. Petrol ve türevi yakıtların yakılmasıyla açığa çıkan gazların içerisinde atmosfere ve insanlığa zarar veren CO2, SOX, NOX gibi gazlar bulunmaktadır. Günümüzde, bu gazların salınmasının sonucu olarak dünya atmosferinde gözle görülür zararlı etkiler gözlenmektedir. Mücadele içinde olduğumuz iklim değişikliği konusu, kutuplardaki buzulların hacimlerinde gözle görülür derecede azalmanın gözlenmesi zararlı etkilere verilebilecek en etkili örneklerdendir. Zararlı etkinin örnekleri, dünya üzerinde benzeri görülmemiş doğal afetler sayılarak gayette artırılabilir. İkinci dünya savaşı ve sanayileşmedeki ilerme ile birlikte atmosferde yapılan ölçümlerde havada bulunan CO2 miktarında ciddi bir artış gözlenmektedir ve bu artış durdurulamaz bir şekilde devam etmektedir. Bu sebeple, devletler bu gidişe bir dur demek için ilk başta Kyoto Protokol'ünü, yakın zamanda ise Paris İklim Antlaşması'nı gerçekleştirmişlerdir. Antlaşmalar uluslararası bir nitelik taşımaktadır ve devletler artan emisyon değerlerinde bazı yaptırımlara karar vermişlerdir. Artan emisyon gazlarının atmosferdeki ulaşabileceği noktalar hakkında öngörüler ortaya koyup bu olumsuz etkinin engellenmesi hakkında çalışmalar gerçekleştirmişlerdir. Okyanuslarda ve iç denizlerde seyir halinde olan ticari gemiler de atmosfere saldıkları baca gazları ile atmosferdeki emisyon gazlarının artışına katkı sağlamaktadır. Denizcilik sektörü üzerinde söz sahibi kuruluş olan IMO, gerçekleşen uluslararası iklim anlaşması gereğince, 2005 yılında MARPOL sözleşmesine EK-6'yı ekleyerek, ticari gemilerden salınacak olan emisyon gazlarına kısıtlamalar getirmiştir. IMO, MARPOL yani Gemilerden Kaynaklı Kirliliğin Önlenmesi Uluslararası Sözleşmesi ile gemilerden kaynaklanabilecek her türlü kirliliği kurallara bağlamıştır. Ek-6 maddesi ile de baca gazlarından kaynaklı CO2, SOX, NOX gibi emisyon gazlarına kısıtlamalar getirmiş ve çeşitli yaptırımlarda bulunmuştur. Dünya denizlerinde belli emisyon kontrol bölgeleri oluşturmuş ve bu bölgelerde seyir yapan ve yapacak olan gemilere düşük emisyon maddesi içerikli yakıt kullanmayı zorunlu hale getirmiştir. Örnğin IMO MARPOL Ek-6 ile SECA bölgelerinde 2015'den sonra seyir yapacak gemilerin baca gazlarındaki SOx miktarının en fazla 0.1%, genel olarak da 2020'den sonra seyir yapacak gemilerin baca gazlarındaki SOx miktarının en fazla 0.5% olması gerektiğini kural olarak öne sürmüştür. Ayrıca Ek-6 ile ticari faaliyet gösteren gemilere emisyon azaltıcı yaptırımlarda bulunurken, tersanede inşa halince olan yeni gemilere de yaptırımlarda bulunmaktadır. Her geçen gün dünya üzerindeki petrol rezervi azalmaktadır. Bu sebepten ve IMO'nun yapmış olduğu sıkı yaptırım ve kısıtlamalardan dolayı denizcilik sektöründe, çevre dostu, temiz enerji kaynağı olan çeşitli yenilenebilir enerji kaynaklarına ilgi artmıştır. Güneşten, rüzgardan ve dalgalardan elde edilen enerjiler yenilenebilir enerji kaynaklarına örnek teşkil etmektedirler. Gemilerde yakıt pili kullanımı da alternatif kaynak olarak çalışılmaktadır. Ayrıca içten/dıştan yanmalı makinalarda yakıt olarak kullanılan petrol türevi yakıtlar yerine sıvılaştırılmış doğal gaz, metenol ve etenol gibi yakıt kaynaklarının kullanımı da araştırılmaktadır. Örnekleri verilen alternatif enerji kaynakları içerisinde güneş enerjisi son dönemlerde denizcilik alanında epeyce araştırmada yer almıştır. Bu zamana kadar güneş enerjisi çeşitli kullanımlarda karşımıza çıkmıştır. İlk olarak fotovoltaik etkiyi keşfeden Edmond Becquerel'in ardından 1954 de Chapin ve arkadaşları ilk fotovoltaik hücreyi keşfederek güneş enerjisinin farklı bir kullanım şeklini ortaya çıkartmışlardır. Bu sayede güneşten doğrudan elektrik enerjisinin üretimi sağlanmıştır. Bu tarihten itibaren güneş pillerinin veriminde artış gözlenmiş ve şu anda günlük hayatta kullanılabilir şekilde hayatımızda yer almıştır. Güneş pilleri elektrik şebekelerinden uzakta kalan bölgeler için enerji kaynağı olmuşlardır. Karada yapılan güneş pili uygulamaları, yüksek güç elde edilebilen tesisler olarak karşımıza çıkmaktadır. Aynı zamanda güneş pili sistemleri, sistem için tek başlarına enerji kaynağı olabilecekleri gibi diğer alternatif enerji kaynakları yada jeneratörler ile hibrit enerji sistemleri içinde de yer alabilmektedirler. Bu konulardaki çalışmalar karadaki uygulamalar için çok miktarda olmasına karşın denizcilik alanında nispeten daha azdır. Gemilerdeki enerji ihtiyacının fazla olmasından ve güneş pili sisteminin değişken, dış etmenlere bağımlı ve düşük verimli bir enerji kaynağı olmasından dolayı, gemilerde güneş enerjisi uygulaması çok azdır ve olan çalışmalarda günümüze yakın geçmişte gerçekleştirilmiştir. Fakat ilerleyen zaman ile güneş pillerinin verimindeki artış ile birlikte ve IMO tarafından öne sürülen sıkı yaptırım ve uygulamalar sebebiyle, güneş pili sistemleri gemilerde gerek tek başlarına gerekse diğer sistemler ile birlikte hibrit sistem olarak daha fazla yer alacaktır. Bu tezde büyük boyutlardaki ticari yük gemisi olarak okyanuslarda seyir halinde olan bir gemi uygulama için seçilmiştir. Gemi güvertesine konumlandırılan güneş panelleri ile şebekeye enerji sağlayan yardımcı bir güneş pili sisteminin gemilerde uygulanabilirliği çalışılmış ve bu kapsamda detaylı bir fizibilite çalışması gerçekleştirilmiştir. Ticari yük gemisi olarak 283 adet tır taşıyabilen, yaklaşık 208 m boya ve 26 m ene sahip bir Ro-Ro gemisi seçilmiştir. Şirket yetkililerinin özel istekleri doğrultusunda, yürütülmüş olan tezde şirket ismi ve gemi ismi paylaşılmamıştır fakat gemiye ait çizimler, harcanan yakıt ve üretilen güç bilgileri ve rota bilgisi gerçeği yansıtmaktadır. Çizimler geminin tersanedeki üretim aşaması sırasında mühendisler tarafından oluşturulan çizimleridir. Yakıt tüketimi ve enerji tüketimi bilgileri de makine jurnalinden elde edilen bilgilerdir. Rota bilgisi şirket yetkilisi tarafından öğrenilmiştir. Yetkili şirketten elde edilen veriler doğrultusunda gemi güvertesine panel yerleşimi konusunda özgün ve yenilikçi bir yaklaşım sergilenmiştir. Özgün yaklaşım konusunda, sabit konumda kullanılan güneş pili sistemi hareketli olan gemi ile birleştirilmiş ve bu kapsamda gemi rotası üzerinde güneş pili sisteminden kazanılacak enerji için optimizasyon çalışması yürütülmüştür. Tasarlanan sistemin güneşten elde edilebilecek gücü için PVsyst uygulaması kullanılmıştır ve rota üzerinde tespit edilen 15 nokta için uygulama üzerinde sistem, geminin seyir rotasına ve gemi doğrultusuna göre her noktada ayrı ayrı tasarlanmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda güneş pili sisteminden elde edilen enerji ve buna bağlı olarak ortaya çıkan yakıttan tasarruf değeri hesaplanmıştır. Elde edilen yakıt tasarrufu değerine bağlı olarak atmosfere salınan emisyon değerindeki azalma da hesaplanmıştır ve elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. En sonda ise tasarlanan sistemin maliyet analizi gerçekleştirilmiş ve sistemin yatırım maliyetini amorti edeceği süre belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The internal / external combustion engines which are developed for a long time ago have used fuel based on petroleum products. The use of petroleum and derivative fuels for many years has led to bad effects. The gases released by the burning of petroleum and derivative fuels from the ship's funnel contain gases such as CO2, SOX, NOX that damage the atmosphere and humanity. Today, as a result of the release of these gases, visible harmful effects are observed in the world atmosphere. The issue of climate change in which humanity is struggling, observing a significant decrease in the volume of glaciers in the poles are one of the most effective examples of harmful effects. Examples of harmful effects in the world can be increased by counting unprecedented natural disasters. With the advances in the second world war and industrialization, a significant increase is observed in the amount of CO2 in the air in the atmosphere measurements and this increase continues unstoppably. For this reason, in order to give a halt to this increasing, the goverments firstly adopted the Kyoto Protocol and, more recently, the Paris Climate Agreement. Merchant ships cruising on the seas of the world contribute to the increase of emission gases in the atmosphere by the flue gases released into the atmosphere. IMO, a prominent organization in the maritime sector, has imposed restrictions on the emission gases that are released from merchant vessels, in 2005 by adding Annex-VI to the MARPOL in accordance with the international climate agreement. IMO has linked all kinds of regulation about pollution from ships with MARPOL which is the International Convention for the Prevention of Pollution from Ships. With Annex-VI, such gases like CO2, SOX, NOX are linked to restrictions according to type of gases and has made various sanctions in accordance with the restrictions. It has created certain emission control areas in the seas of the world and it has made to obligation that is to use low-emission fuel for ships where is cruising in these areas. It also imposes sanctions to way of the decreasing of emission gases on cruising ships that operate commercially, while also imposes to new ships when the it is building on the shipyard. Every day the oil reserves in the world are decreasing. For this reason, and because of the strict sanctions and restrictions imposed by IMO, the interest on various renewable energy sources, which is an environmentally friendly and clean energy source, has increased in the maritime sector. The energies derived from the sun, wind and waves are examples of renewable energy sources. The use of fuel cells in ships is also an alternative resource. In addition, the use of fuel sources such as liquefied natural gas, metenol and ethenol instead of petroleum derivative fuels used as fuel in internal / external combustion engines are also investigated. Among the alternative energy sources, solar energy has recently been involved in research on the field of maritime sector. By this time, solar energy has been encountered in various uses. Firstly, Edmond Becquerel discovered the photovoltaic effect after at 1954, Chapin and colleagues have discovered the first ptovoltaic cell by using of knowledge of the fotovoltaic effect so they created a new way of use of solar energy. In this way, the production of electricity directly from the sun is provided. As of this date, an increase in the efficiency of solar cells has been observed and has taken place in our lives as it can be used in daily life. Solar cells have been the source of energy for the regions away from the electricity grid. Solar power applications on land can be seen as high power plants. At the same time, solar photovoltaic systems can be the sole source of energy for the system, as well as can be hybrid energy systems which is created with other alternative energy sources or generators. Studies on these issues are relatively small for maritime applications while they are large for land applications. Because of the high energy demand of the ships and the solar system as a variable, external factor dependent and low-efficient energy source, the application of solar energy on ships is very small and made studies have been carried out in the near past. However, due to the increase in the efficiency of solar cells and due to the strict sanctions and applications put forward by IMO, solar fotovoltaic systems will be included in the ships as an energy source both on their own and hibrit with other systems. In this thesis, the feasibility of an auxiliary solar cell system that provides energy to the grid in large commercial cargo ships has been studied and a detailed feasibility study has been carried out. As a commercial cargo ship, a Ro-Ro ship which able to carry 283 trailer and which has a width of 26 m and a length of 208 m was chosen. Company name and ship name have not been shared in the thesis carried out in accordance with the special requests of the company officials, but the drawings, spent fuel and power information and route information reflect the reality. In line with the data obtained from the authorized company, a novel and innovative approach to panel layout was demonstrated. PVsyst software is used for the determination of power of the designed system from the sun and the obtained results are optimized considering the route and movement of the ship. As a result of the calculations, the energy obtained from the solar fotovoltaic system and the resulting fuel saving value, the reduction in the emission value released to the atmosphere has been demonstrated. Finally, the cost analysis of the designed system has been realized and the period of redemption for the designed solar system is determined.
Benzer Tezler
- Maksimum güç noktası izleyicili fotovoltaik sistemin LabVIEW tabanlı kontrolü ve izlenmesi
LabVIEW based monitoring system for maximum power point tracking characteristics of photovoltaic modules
ABDULKADİR MÜHENDİS
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AFŞİN KULAKSIZ
- Dağıtık üretim sistemleri içeren dağıtım şebekelerinde akıllı gerilim kontrol yöntemi geliştirilmesi
Development of an intelligent voltage control method in distribution networks including distributed generation systems
MERVE GÜLERYÜZ HALAÇLI
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEN DEMİRÖREN
- Minimum tasarım ve işletme maliyetli fotovoltaik sistemin çatı üstü uygulaması: Denizli TEKNOBİL Lisesi örneği
Rooftop application of photovoltaic system with low cost design and operation: Case of Denizli TEKNOBIL High School
NAİM YÜCEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDüzce ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEDİM TUTKUN
- ÇİFT EKSENLİ GÜNEŞ TAKİP SİSTEMİNİN PİLOT UYGULAMASI, ÜRETİM DEĞERLENDİRMESİ VE EKONOMİK ANALİZİ
Dual-axis tracking system pilot application of the sun, evaluation of production and economic analysis
ÇAĞATAY VARIŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SELİN ÖZÇIRA
- Emerging transition from AC to DC powered homes
AC ile çalışan evlerden DC ile çalışan evlere geçiş
FATMA SERRA ÇİFTÇİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiMarmara ÜniversitesiEndüstri ve Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHADIR TUNABOYLU