Utilization of methanol as transition fuel in power generation
Elektrik üretiminde geçiş yakıtı olarak metanolün kullanımı
- Tez No: 921994
- Danışmanlar: PROF. DR. YASİN ARSLANOĞLU, DR. ÖĞR. ÜYESİ BULUT OZAN CEYLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Denizcilik, Marine
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
2050 yılına kadar karbon emisyonlarının önemli ölçüde azaltılması, küresel çevresel sürdürülebilirlik hedeflerinin temel unsurlarından biri olarak öne çıkmaktadır. Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) ve diğer düzenleyici kuruluşlar, sera gazı (GHG) emisyonlarını azaltmak için daha katı politikalar ve düzenlemeler uygulamakta, bu da enerji sektöründe daha temiz ve düşük karbonlu yakıtlara geçişi zorunlu kılmaktadır. Enerji üretiminde kullanılan fosil yakıtların yüksek emisyon seviyeleri ve giderek artan çevresel maliyetleri nedeniyle alternatif yakıtların benimsenmesi, hem ekonomik hem de çevresel açıdan büyük bir gereklilik hâline gelmiştir. LNG, özellikle son yıllarda enerji üretimi ve denizcilik sektörlerinde popüler bir geçiş yakıtı olarak kabul edilirken, operasyonel zorluklar, altyapı gereksinimleri ve fiyat değişkenliği gibi faktörler, metanol gibi diğer alternatiflerin değerlendirilmesini gündeme getirmiştir. Bu çalışmada, 440 MW kapasiteli bir yüzer enerji santraline ait operasyonel veriler kullanılarak, metanol ve LNG'nin çevresel etkileri, işletme giderleri (OPEX) ve dönüşüm maliyetleri açısından kapsamlı bir karşılaştırmalı analizi yapılmıştır. Çalışma kapsamında, her iki yakıtın çevresel maliyeti, operasyonel verimliliği, yakıt tüketimi, dönüşüm gereksinimleri ve uzun vadeli ekonomik sürdürülebilirliği değerlendirilmiştir. LNG'nin çevresel avantajlar sunduğu bilinmekle birlikte, yüksek sermaye harcamaları (CAPEX) ve özel altyapı gereksinimleri gibi maliyet unsurları, LNG kullanımını sınırlayan en önemli faktörlerden biri olarak öne çıkmaktadır. Buna karşılık, metanol, sıvı halde ve atmosferik ve ortam koşullarında depolanabilmesi, mevcut yakıt sistemlerine entegrasyon kolaylığı ve daha düşük yatırım maliyetleri ile dikkat çekmektedir. Çalışmada, emisyon envanterleri ve çevresel maliyetler, emisyonların sosyal maliyetleri üzerinden hesaplanarak belirlenmiştir. Buna ek olarak, yakıt fiyatlarının dalgalanma aralıkları, gemi tiplerine göre yakıtların taşıma maliyetlerinin etkileri dikkate alınarak modelleme yapılmıştır. Yakıt değişimi için gerekli olan teknolojik dönüşümün maliyetleri hesaplanırken, makine modifikasyonları, depolama sistemleri, yeni yakıt ikmal altyapıları ve bakım gereksinimleri gibi faktörler göz önünde bulundurulmuştur. LNG'nin kullanımı için gerekli olan özel tip LNG tankerleri ve FSRU gibi pahalı altyapılar, yatırım maliyetlerini artıran unsurlar olarak değerlendirilmiştir. Monte Carlo simülasyonları, yakıt fiyatlarındaki belirsizliklerin yatırım kararları üzerindeki etkilerini ölçmek amacıyla uygulanmış ve farklı faiz oranları ile analizler gerçekleştirilmiştir. Yapılan simülasyonlar üç farklı operasyon profili (peak, orta yük ve baz yük) için değerlendirilmiş olup, %5, %8 ve %10 indirim oranlarıyla uzun vadeli ekonomik senaryolar üretilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre, yalnızca yakıt maliyetleri göz önüne alındığında, LNG ve metanol negatif NPV değerleri vermektedir, çünkü hâlihazırda en düşük maliyetli yakıt HFO'dur. Ancak çevresel faydaların finansal olarak dahil edilmesi durumunda, her iki alternatif de yatırım açısından daha uygulanabilir hâle gelmektedir. Metanolün çevresel ve ekonomik performansının LNG ile kıyaslanması sonucunda, her iki yakıtın da kendine özgü avantaj ve dezavantajları olduğu görülmüştür. LNG, daha düşük emisyon seviyeleri sayesinde çevresel açıdan avantaj sağlarken, operasyonel maliyetlerin yüksek olması ve tedarik zinciri bağımlılığı gibi zorluklar, LNG kullanımının sınırlamalarını ortaya koymaktadır. Metanol ise düşük karbonlu bir seçenek olarak, özellikle sermaye gereksinimlerinin daha düşük olması, daha esnek tedarik süreçlerine sahip olması ve yakıt depolama entegrasyonunun daha kolay olması nedeniyle, LNG'ye kıyasla daha erişilebilir bir seçenek olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, metanolün özellikle küçük ölçekli enerji santralleri ve değişken operasyon profilleri için umut verici bir geçiş yakıtı olabileceğini göstermektedir. LNG, çevresel performansı nedeniyle daha avantajlı bir seçenek olarak görülse de, metanolün daha düşük yatırım maliyetleri ve daha az altyapı gereksinimi, bu yakıtın ekonomik açıdan daha uygulanabilir bir alternatif olarak değerlendirilmesine olanak tanımaktadır. Çevresel düzenlemeler ve karbon vergileri gibi faktörlerin gelecekte daha sıkı hâle gelmesi, metanol ve diğer düşük karbonlu alternatiflerin daha cazip hâle gelmesini sağlayabilir. Gelecekte yapılacak çalışmalar, farklı operasyonel gereksinimlere sahip enerji santralleri için metanol ve LNG'nin uzun vadeli ekonomik ve çevresel etkilerini daha kapsamlı şekilde analiz etmeye odaklanabilir. Özellikle biometanol ve e-metanol gibi karbon nötr yakıtların ticarileşme potansiyeli, metanolün sürdürülebilir enerji sistemlerindeki rolünü daha da önemli hâle getirebilir. Yenilenebilir enerji ile üretilen sentetik yakıtların enerji piyasalarında nasıl bir konuma sahip olabileceği, gelecekteki araştırmalar için kritik bir konu olarak öne çıkmaktadır. Sonuç olarak, bu çalışma, metanolün sürdürülebilir enerjiye geçiş sürecinde önemli bir rol oynayabileceğini ortaya koymaktadır. LNG ile kıyaslandığında, metanolün düşük maliyetli entegrasyonu ve yakıt tedarikinde daha fazla esneklik sunması, onu enerji üretiminde önemli bir alternatif hâline getirmektedir. Operasyonel olarak peaker olarak çalışan düşük kapasiteli enerji santrallerinde metanolün yakıt olarak kullanılması LNG'ye kıyasla daha rahat entegre edilecektir. Küresel emisyon hedeflerine ulaşma yolunda, metanol ve LNG gibi düşük karbonlu yakıtların kullanımı, enerji sektörünün gelecekteki dönüşüm süreçlerini şekillendirecek anahtar faktörlerden biri olacaktır. Bu çalışmanın devamında, yeni elde edilecek operasyonel veriler ile daha kapsamlı ve detaylı analizler yapılabilir. Sektörde yeterli sayıda örnek bulunmadığı için, gelecekteki gelişmeler doğrultusunda gerçekleştirilecek yeni çalışmalar, metanolün enerji üretimindeki potansiyelini daha net bir şekilde ortaya koyacak ve daha optimize sonuçlar elde edilmesine katkı sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
The global effort to achieve the 2050 emission targets, including those established by the International Maritime Organization (IMO), has necessitated the development of cleaner and more sustainable energy solutions. While Liquefied Natural Gas (LNG) is widely regarded as a key transitional fuel, this study examines methanol as an alternative with the potential to contribute to the energy transition. Using operational data from a 440 MW floating power plant running on Heavy Fuel Oil (HFO), this research evaluates methanol's viability compared to LNG, focusing on environmental impact, operational expenditures (OPEX), and conversion costs. The analysis involves calculating emission inventories, environmental costs (quantified as the social cost of emissions), operational expenditures, fuel costs, and the capital expenditure (CAPEX) required for conversion to both methanol and LNG. Monte Carlo simulations are employed to address uncertainties, particularly fuel price fluctuations, and to evaluate the Net Present Value (NPV) of conversion investments. Two perspectives are considered: one incorporating environmental benefits as income, and the other focusing on fuel cost savings. These evaluations are performed across three operational profiles—peaker, mid-merit, and baseload—using discount rates of 5%, 8%, and 10%. The results demonstrate that methanol presents a feasible and flexible option for transitioning away from HFO, particularly for smaller-scale power plants and those operating with intermittent profiles. While LNG achieves slightly better environmental performance due to its lower emissions, methanol's advantages include lower CAPEX requirements, simpler storage integration, and more stable pricing. Unlike LNG, methanol does not require specialized infrastructure, such as Floating Storage and Regasification Units (FSRUs), which significantly reduces its implementation complexity and costs. Monte Carlo simulations indicate that both methanol and LNG yield negative NPVs when fuel cost savings alone are considered, as HFO remains the lowest-cost fuel in direct economic terms. However, when environmental benefits are incorporated, both methanol and LNG become viable investments, with methanol offering a more balanced approach to reducing emissions while maintaining economic feasibility. This study presents that methanol is a promising transitional fuel, particularly for power plants with lower capacities or peaker operational profiles. Its combination of reduced emissions, lower infrastructure costs, and adaptability positions it as a practical solution in the global transition toward sustainable and environmentally conscious power generation. Following this study, more comprehensive and detailed analyses can be conducted with newly obtained operational data. Since there are limited examples in the industry, future studies conducted in light of new developments will shed further light on the potential of methanol in power generation and contribute to obtaining more optimized and reliable results.
Benzer Tezler
- Bir yakıt pili-ısı makinesi hibrit sisteminin modellenmesi
Modelling a fuel cell-heat engine hybrid system
OSMAN SİNAN SÜSLÜ
Doktora
Türkçe
2011
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İPEK BECERİK
- Experimental analysis of inkjet printed multi metal oxide photoelectrodes for water splitting applications
Su ayrıştırma uygulamaları için mürekkep püskürtme baskılı çoklu metal oksit fotoelektrotların deneysel analizi
GÜLSÜM EFSUN TEKNECİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENGİN KARABUDAK
DR. ÖĞR. ÜYESİ UMUT ADEM
- Denizcilik eğitiminde karbonsuzlaştırma bilgi durumunun değerlendirilmesi: Bir eğitim modülünün etkililik sınaması
Bridging the knowledge gap: Evaluating the impact of decarbonization training in maritime education
BATURAY ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK ZİNCİR
- Utilization of graphene and MoS2 for volatile organic compound sensor applications
Grafen ve MoS2'nin uçucu organik gaz sensörü uygulamaları için kullanılması
TUNA DURAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR BÜYÜKÇAKIR
PROF. DR. HASAN ŞAHİN
- Transition of Turkey's energy sector in the context of circular economy and European Union's Green Deal
Türkiye'de enerji sektörünün döngüsel ekonomi ve Avrupa Birliği Yeşil Mütabakatı bağlamında dönüşümü
MUJEEB BABATUNDE ADETAYO
Doktora
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BERRİN KURŞUN
PROF. DR. GÖKÇEN ALEV ÇİFTÇİOĞLU