Electricity generation by human power
İnsan gücünden elektrik üretimi
- Tez No: 874213
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
Enerji, modern toplumların sosyoekonomik yapılarının vazgeçilmez bir parçasıdır. Buna rağmen dünyanın yüzde 10'unun hâlâ elektriğe erişiminin olmadığının göz ardı edilmemesi gerekmektedir. Elektrik şebekesine erişimin olmadığı yerlerde, dezavantajlı toplulukların günlük ihtiyaçlarının insan gücü kullanılarak enerji üretimi ile karşılanması mümkündür. Geçmişte insanlar günlük ihtiyaçlarını giderebilmek adına insan enerjisine dayalı ürünleri kullanmaktaydı. Elektro-mekanik motorlar gelişmesi ve elektrik kullanımının yaygınlaşmasıyla birlikte insan gücünden giderek uzaklaşılmıştır. Fakat günümüzde artan enerji ihtiyaçlarına alternatif bir çözüm olarak aslında geleneksel olan insan gücünün kullanımı bir potansiyel olarak görülmektedir. Bu durum aynı zamanda sürdürülebilir elektrik üretmenin alternatif bir yoludur. Diğer yandan elektrik kesintisi yaşayan ve elektriğe erişimi olmayan bölgeler için bu alternatif yol büyük önem taşımaktadır. Elektrik kesintilerinin pek çok nedeni olmakla birlikte doğal afetlerde yaşanılan kesintiler özellikle üzerinde durulması gereken konulardan birisidir. Son yıllarda insan gücünden enerji üretimi ile ilgili birçok gelişme yaşanmakta ve yeni yöntemler geliştirilmektedir. Bu durumda öne çıkan gelişmeler elektrikli bisikletlerin kullanılması ya da pedal gücünden elde edilen enerjinin kullanılması gibi alanlarda gerçekleşmektedir. Pedal gücünün kullanılması başlı başına yeni bir kavram olmasa da yaygın olarak kullanılmamaktadır. İlk bisiklet örnekleri 19. yüzyılın başlarında insanlar tarafından kullanılmıştır. Tarih boyunca insan gücü genellikle kolların, ellerin ve sırtın kullanılması yoluyla uygulanmış fakat özellikle bisikletin icadıyla birlikte bacaklar da insan kaslarından güç geliştirmenin bir yolu olarak görülmeye başlanmıştır. Bisiklet teknolojisi günümüze kadar ilerlemiş ve gelişmiştir. Günümüzde hafif elektrikli araçlar alanında önemli bir yere sahip olan elektrikli bisikletler, insan gücüyle enerji üretiminde kullanılabilecek önemli bir araçtır. İnsan gücüyle çalışan bu araçlar elektrik enerjisinin üretiminde kinetik enerjiyi insan hareketlerinden almaktadır. İnsan vücudu önemli miktarda enerji üretme potansiyeline sahiptir. İnsan kas aktivitesi, düşük güçlü uygulamalar için kullanılabilecek güç üretme potansiyeline sahiptir. İnsan kas aktivitesi tarafından üretilen enerjiyi elde etmenin birkaç yolu olmakla birlikte bisiklet pedalı çevirme daha yüksek miktarda güç çıkışı üretme kapasitesine sahiptir. Bu çalışma kapsamında insan gücüyle elektrik üretimi ve üretilen elektriğin kullanım alanları incelenmiştir. Üretilen elektrik enerjisinde, insan ve ortalama sağlıklı insan verilerinin limitlerine göre araştırılmalar yapılmıştır. Bu çalışma, günlük elektriğe erişimi olmayan insanlara yönelik verileri ve özel elektrik kesintisi senaryolarının gözlemlenmesi üzerinde durularak başlamaktadır. İnsanların elektrik talebinin, elektrik üretmek için insan gücünün kullanılmasıyla çözülebileceği öngörülmektedir. Bunun için insan vücudunun enerji toplaması açısından incelenmesi üzerinde durulması gerekmektedir. İnsan vücudunun en büyük kaslarının çoğunlukla bacaklarda bulunması ve güç avantajı için vücut ağırlığı ve yer çekiminin de kullanılması nedeniyle, insan gücünü toplamak için bisiklet kullanmanın en etkili yöntem olduğu sonucuna varılmıştır. Günümüzde elektrikli bisikletlerde elektrik üretimi ve depolaması için güç dönüştürücüler, kalıcı mıknatıslı generatörler ve piller kullanılmaktadır. İnsan gücünden elektrik enerjisine dönüşüm sağlamak için elektrikli bir bisikletin arka tekerleğine bir göbek BLDCM motoru monte edilir. Bu enerji dönüşümünün tamamlanmasıyla yiyecek ve içecek gibi insani temel ihtiyaçların giderilmesinde elektrik kullanılmış olmaktadır. Üretilen elektrik gücünün depolanabilir ve kullanılabilir enerjiye dönüştürülmesi için sırasıyla AC-DC doğrultucu ve DC-DC Buck Dönüştürücü kullanılmaktadır. Maksimum verime ulaşmak için insan MPPT'si de tanımlanmış ve araştırılmıştır. Çalışma kapsamında insan gücünden elektrik üretimi bu sistem kullanılarak İTÜ Güç Elektroniği Laboratuvarında test edilmiştir. Günlük insan ihtiyaçlarını karşılayabilme ve gerekli enerjiyi üretmek için ne kadar süre bisiklet kullanılması gerektiği ölçülmüştür. Bu çalışmada anlatılan proje çeşitli alanlarda uygulanabilmektedir. Evlerde TV, laptop, telefon vb. cihazların şarj edilmesinde, küçük ev aletlerinin çalıştırılmasında; şehir içlerinde şarj istasyonlarının oluşturulmasında kullanılabilmektedir. Küresel ısınmanın arttığı ve dünya ülkelerinin temiz, yeşil ve sürdürülebilir enerjiye yöneldiği dikkate alındığında bu çalışma, çevresel bir çözüm sunması nedeniyle yaygınlaştırılması ve teşvik edilmesi gereken bir projedir. Çevre dostu bir enerji üretim yöntemi olmasının yanı sıra insanlara egzersiz yapma imkânı sunarak insan sağlığına olumlu etkileri açısından insan gücünün alternatif bir enerji kaynağı olarak elektrikli bisikletlerde kullanımı önemlidir. Tüm bunların yanı sıra elektriğe erişimin olmadığı durumlarda insanların günlük ihtiyaçlarını karşılamak için geçici alternatif çözümler sunmaktadır. Diğer yandan düşük maliyet, taşınabilirlik, güvenilirlik ve kullanım kolaylığı sistemin başarısı için önemli unsurlardır. Yapılan çalışmada ele alınan enerji üretim sistemi aynı zamanda mevsimsel ve konumsal dezavantajları da gidererek enerjinin herhangi bir yer ve zamanda erişilebilir olmasını sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Energy is an indispensable part of the socioeconomic structures of modern societies. Despite this, we have to take into account that 10% of the world still does not have access to electricity. In places where there is no access to the electricity grid, it is possible to meet the daily needs of disadvantaged communities with energy production by using human power. In recent years, there have been many developments related to energy production from human power. Electric bicycles, which have an important role in the field of light electric vehicles today, are an important tool that can be used in energy production with human power. In this paper, electricity generation by human power and usage areas of the produced electricity is studied. Generated electricity is also investigated according to the limits of human and average healthy human data. This paper has high importance for the areas having power blackouts and having no access to electricity. There are many reasons behind the power blackouts but natural disasters are one outstanding topic that requires a special attention. This paper starts by showing the data for people who lack daily electricity access and special electricity blackout scenarios. One can see that, electricity demand of these people can be solved by using human power to generate electricity. After that, human body is investigated in terms of energy harvesting. This part shows that using bicycles for human power harvesting is the most efficient method since the biggest muscles of human body are mainly located at the legs, and body weight and gravity is also used for the power advantage. First bicycle examples are used by humans in the beginning of 19th century. Bicycles technology is improved and developed until current day. Today, electrical bicycles are the most used light electric vehicle that can be used to generate electricity. Power converters along with permanent magnet generators and batteries are used to achieve electricity generation and storage. A hub BLDCM (Brushless Direct Current Motors) is assembled to the rear wheel of an electrical bicycle to achieve conversion from human power to electrical power. By completing this energy transformation, human fuels such as foods and drinks are turned into electricity. AC-DC (Alternating Current to Direct Current) rectifier and DC-DC (Direct Current to Direct Current) Buck Converter is used respectively to convert the generated electrical power into storable and usable energy. In order to achieve the maximum efficiency, human MPPT (Maximum Power Point Tracker) is also described and investigated. Additionally, electricity generation by using this system is tested by using the ITU Power Electronics Laboratory. Ability to meet the daily human needs and the time it takes to produce the necessary energy is also investigated. Finally, feasibility of this proposal is discussed. The project described in this study can be applied in various fields. Considering that global warming is increasing, and the countries of the world are turning to clean, green and sustainable energy, this study is a project that should be expanded and encouraged as it offers an environmental solution. Not only is it an environmentally friendly energy production method, but it is also important in terms of its positive effects on human health by providing people with the opportunity to exercise. In addition to all these, it offers temporary solutions to meet the daily needs of people in situations where there is no access to electricity.
Benzer Tezler
- Electricity generation by using micro wind turbine in metro lines
Metro istasyonlarında mikro rüzgar türbini kullanılarak elektrik enerjisi üretimi
SEREN ÖYKÜ YAZGAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN AKILLI
- Türkiye'de elektrik üretiminde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının teknolojik, politik ve çevresel kısıtlamalar ile analizi
The analysis of the use of renewable energy sources in electricity generation based on technological, political and environmental constraints in Turkey
EDA DAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
EnerjiHacettepe ÜniversitesiTemiz Tükenmez Enerjiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MERİH AYDINALP KÖKSAL
- Yenilenebilir enerji santrallerinde yapay sinir ağları yöntemiyle enerji üretiminin modellenmesi ve planlanması
Modeling and planning of energy production in renewable energy stations with artificial neural networks
MUSTAFA ALPER ÖZPINAR
Doktora
Türkçe
2007
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. DÜRRİYE BİLGE
PROF.DR. ERALP ÖZİL
- Sürdürülebilir havalimanı yönetimi: İnsan hareketinden enerji üretimi algısı üzerine bir araştırma
Sustainable airport management: A research on the perception of energy production from human movement
BİLLUR ÜNSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Sivil HavacılıkEskişehir Teknik ÜniversitesiHavacılık Yönetimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VİLDAN DURMAZ
- Bir gemi dizel motorunda dizayn ve işletme parametrelerinin performans ve emisyon değerleri üzerindeki etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
A numerical investigation on the effects of design and operation parameters on the performance and emissions of a marine diesel engine
FERHAT EKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN