Application of organic Rankine cycle (ORC) system to marine vessels
Deniz taşıtlarında organik Rankine çevrimi (ORC) sistemi uygulaması
- Tez No: 682377
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMÜR YAŞAR SAATÇIOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Denizcilik, Gemi Mühendisliği, Marine, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 187
Özet
Deniz taşıtlarında farklı sıcaklık aralığında ve farklı türde atık ısı kaynaklarının bir arada bulunması sebebiyle, atık ısıları toplamada kullanılamayacak ısıyı azaltmak için bir optimum ısı değiştirici ağı (IDA) tasarımı ihtiyacı bulunmaktadır. Deniz taşıtları için Organik Rankine çevrimi (ORÇ) sistemleri konusunda yapılan çalışmalarda, farklı türde atık ısı kaynaklarından yararlanan gemiler için pinç noktası analizi kullanılarak optimal IDA tasarımı oluşturulması konusu dikkate alınmamıştır. Bu tezin ilk amacı, referans olarak alınan bir konteyner gemisinin ORÇ entegreli atık ısı geri kazanım sistemi (AIGS) için optimal IDA tasarımını pinç noktası analizini kullanarak belirlemek ve böylece toplam enerji verimliliğini iyileştirmektir. Tanker gemilerinde kargo yağ pompası türbini (KYPT) bazlı yüksek potansiyelli atık ısının bulunabilmesi, ORÇ kullanımı için avantajlı çözümler sunabilmektedir. Tezin ikinci amacı, tanker gemileri için hem gemi dizel motorlarının seyir sırasındaki atık ısısını hem de limanlarda yük boşaltma operasyonları sırasında KYPT bazlı atık ısıyı kullanabilen yeni bir AIGS tasarımı önerisi sunmaktır. Bu amaçla, referans olarak ele alınan bir petrol tankeri gemisinin atık ısı kaynakları tanımlanmış ve termodinamik analizleri yapılmıştır. Çalışmanın son hedefi, her iki örnek çalışma için önerilen sistem tasarımlarının uygulanmasına ilişkin karar verme süreçlerine yardımcı olmak ve daha iyi olan sürdürülebilirlik performanslarını belirtmek amacıyla ekserjetik sürdürülebilirlik göstergelerini ortaya koymaktır. Sonuçlar, tüm atık ısının termal yağ ile toplanamayacağını, bir kısmının denize atılması gerektiğini göstermektedir. Seçilen alternatifler arasında en verimli ve sürdürülebilir çalışma akışkanları konteyner gemisi için 1,4 MPa'dan daha yüksek evaporatör basınçlarında R1234ze(Z), tanker gemisi için R1233zd(E) olarak bulunmuştur. Tam yük işletimde KYPT bazlı atık ısı geri kazanım potansiyelinin, ana makinenin seyir sırasında tam yükteki atık ısı geri kazanım potansiyeline göre yaklaşık 3,5 kat daha yüksek olduğu sonucuna ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
The coexistence of different kinds of waste heat sources on marine vessels with various temperature ranges increases the need for an optimal heat exchanger network (HEN) design for the heat collection process to reduce the unutilized heat that needs to be discharged overboard. The optimal HEN design has not been taken into consideration by using pinch point analysis in previous studies of marine organic Rankine cycle (ORC) systems that utilize different kinds of waste heat sources. The first objective of this thesis is to determine the optimal HEN design for an ORC integrated waste heat recovery system (WHRS) of a reference container ship by utilizing the pinch point analysis to improve the overall energy efficiency. The availability and potential use of cargo oil pump turbine (COPT) based waste heat offer more feasible solutions for ORC utilization to tanker ships. The second objective of the thesis is to introduce a new WHRS design for tanker ships that can utilize both marine diesel engines waste heat during navigation and COPT based waste heat during cargo discharge operations in ports. As a case study, the waste heat sources of a reference oil tanker vessel were identified and the thermodynamic analyses were carried out. The last objective is to attain exergetic sustainability indicators for both cases to assist decision-making processes that consist of decisions of implementing the proposed system design and which performance parameters should be used to achieve a better sustainability performance. The results indicate that all the waste heat cannot be collected by thermal oil, as some of the waste heat needs to be discharged through the sea. The most efficient and most sustainable working fluids among the selected alternatives are found as R1234ze(Z) at higher evaporating pressures than 1.4 MPa for container ship case, and R1233zd(E) for tanker ship case. The COPT based waste heat recovery potential is found as almost 3.5 times higher at full load operation of three COPTs than waste heat recovery potential of the main engine at full load navigation.
Benzer Tezler
- Gemilerde atık enerjinin transkritik organik rankine çevrimi ile geri kazanımı
Recovery with waste energy transcrital organic ranking cycle in ships
İBRAHİM KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASİN ÜST
- Liman topluluk sistemi, kara terminali demiryolu bağlantısı ve sahil güç besleme sistemi olanakları ile çok amaçlı bir limanın rekabetçiliğinin geliştirilmesi
Improving competitiveness level of a multipurpose port by port community system, dry port railway connection and on shore power supply system opportunities
SELİM AKSOY
Doktora
Türkçe
2017
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YALÇIN DURMUŞOĞLU
- 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
- Yapay zeka yaklaşımları ile gemi ana makinesinin belirlenmesi ve optimum organik rankine çevrimli atık ısı geri kazanım sisteminin kurulması
Determination of ship main engine and establishment of optimum organic rankine cycle waste heat recovery system with artificial intelligence approaches
SAMET GÜRGEN
Doktora
Türkçe
2021
Gemi MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL ALTIN
- Katı atık kaynaklı bir organik rankine çevriminin geleneksel ve ileri ekserji analizi
Conventional and advanced exergy analysis of a solid waste powered organic rankine cycle
HANDE TORLAKLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiBartın ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABİD USTAOĞLU