Yenilenebilir enerji ve biyo yakıt tabanlı yakıt hücresi sistemleri ile gemilerde hotel yükleri için enerji ve güç yönetim sistemi tasarımı
Energy and power management system design for hotel loads on ships using renewable energy and biofuel-based fuel cell systems
- Tez No: 959646
- Danışmanlar: PROF. DR. İHSAN PEHLİVAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 213
Özet
Tez çalışmasının amacı, gemilerdeki hotel yüklerinin enerji ihtiyacını karşılamak üzere yakıt hücreleri, batarya sistemleri ve güneş panellerinden oluşan hibrit bir enerji ve güç yönetim yapısının tasarlanması, kontrol algoritmalarının geliştirilmesi ve oluşturulan yapının gemi mikroşebekesiyle senkron çalışabilirliğinin değerlendirilmesidir. Bu kapsamda, fosil yakıtla çalışan geleneksel gemi altyapısının, yenilenebilir enerji kaynaklarıyla desteklenen bir sistem mimarisiyle retrofit edilmesi ve emisyon azaltımına katkı sağlanması amaçlanmıştır. Geliştirilen sistemde, metanol reformasyonu ve amonyak parçalanmasıyla elde edilen hidrojen saflaştırılarak yakıt hücrelerine aktarılmış ve burada elektrik enerjisine dönüştürülmüştür. Bu enerji, batarya sistemleri ve PV panellerle birlikte kullanılarak gemi üzerindeki hotel yükleri beslenmiştir. Enerji yönetimi, EMS ve PMS yapısıyla entegre biçimde gerçekleştirilmiş; üretim-tüketim-depolama dengesi gözetilerek sistemin kararlılığı sağlanmıştır. MATLAB/Simulink ortamında oluşturulan dijital ikiz modeli ile senaryo bazlı simülasyon çalışmaları yürütülmüştür. Farklı enerji kaynaklarının görev dağılımları, senkronizasyon yöntemleri ve geçiş stratejileri test edilmiştir. Batarya sistemi grid-forming modda şebeke referansını sağlamış; yakıt hücresi sabit güçle yük taşımış; PV üretimi ise batarya şarjını desteklemiştir. Jeneratörlerin devreden çıkarıldığı, bataryaların geçici yük dengeleme görevini üstlendiği ve yakıt hücrelerinin ana yük taşıyıcısı olduğu senaryolar başarıyla yürütülmüştür. EMS yazılımı, SoC, PV üretimi ve yük talebi gibi değişkenleri izleyerek kaynakları kontrollü şekilde devreye almış; GFM-GFL geçişlerinde kararsızlık oluşmadan yük paylaşımı sağlanmıştır. Simülasyon çıktıları, sistemin çevresel regülasyonlara uyumlu ve sürdürülebilir şekilde çalıştığını göstermiştir. Çalışmada enerji altyapısının yanı sıra güvenlik ve izleme mekanizmaları da değerlendirilmiştir. Metanol ve amonyak gibi e-yakıtların entegrasyonu için sıcaklık, basınç, gaz sızıntısı, SoC ve hücre sıcaklığı gibi parametreler izlenmiş; anomalilerde otomatik koruma mekanizmaları devreye alınmıştır. ESD sistemi, başlatma ön koşulları, kapatma prosedürleri ve yeniden başlatma stratejileri mantıksal kontrol diyagramlarıyla modellenmiş; güvenliği tehdit eden durumlara karşı test edilmiştir. Sonuç olarak, fosil yakıt bağımlılığını azaltan, yenilenebilir kaynak entegrasyonunu sağlayan ve operasyonel güvenliği gözeten entegr e bir komuta-kontrol yapısı geliştirilmiştir. Geliştirilen hibrit sistem, sıfır emisyona yakın koşullar sağlayarak çevreci gemi dönüşümünde uygulanabilir bir model sunmuş; farklı gemi tiplerine uyarlanabilirliği değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
The objective of this thesis is to design a hybrid energy and power management system composed of fuel cells, battery storage systems, and photovoltaic panels to supply the hotel load demand on ships. It also aims to develop control algorithms and evaluate the synchronization capability of the designed structure with the ship's microgrid. Within this scope, the study focuses on retrofitting conventional ship infrastructure that operates on fossil fuels with a system architecture supported by renewable energy sources, thereby contributing to emission reduction targets. In the proposed system, hydrogen is produced through methanol reforming and ammonia cracking, then purified and transferred to fuel cells where it is converted into electrical energy. This energy is used in conjunction with battery storage systems and PV panels to supply the onboard hotel loads. Energy management is carried out through an integrated EMS and PMS structure, ensuring system stability by maintaining the balance between generation, consumption, and storage. Scenario-based simulations were conducted using a digital twin model developed in MATLAB/Simulink. These simulations tested the role allocation of different energy sources, synchronization methods, and transition strategies. The battery system operated in grid-forming mode to provide the reference voltage and frequency; the fuel cell supplied steady power; and the PV system supported battery charging based on load demand. Scenarios where generators were gradually disconnected, batteries took over temporary load balancing, and fuel cells acted as the main power source were successfully implemented. The EMS software dynamically monitored parameters such as SoC, PV output, and load demand, and activated energy sources in a controlled manner. Load sharing was achieved smoothly without instability during GFM-GFL transitions. Simulation results demonstrated that the system could operate sustainably and in compliance with environmental regulations. In addition to the energy infrastructure, system safety and monitoring mechanisms were also evaluated. For the integration of e-fuels such as methanol and ammonia, critical parameters such as temperature, pressure, gas leakage, SoC, and cell temperature were monitored in real-time, and automatic protection mechanisms were configured to respond to anomalies. The ESD system was modeled based on logical control diagrams, covering startup conditions, safe shutdown procedures, and restart strategies, and tested against potential risk scenarios. As a result, an integrated command and control structure has been developed that reduces fossil fuel dependency, ensures renewable integration, and enhances operational safety. The proposed hybrid system demonstrates a viable model for green ship retrofitting by achieving near-zero emission conditions, and its adaptability to different vessel types has been evaluated.
Benzer Tezler
- Glukoz oksidaz tabanlı biyoyakıt pili geliştirilmesi
Developing of glucose oxidase based biofuel cell
CEYDA BÜYÜKNOHUTÇU
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA MUTLU
- Mikrobiyal yakıt hücrelerinde (MFC) mikroalg desteğinin elektriksel iletkenlik özellikleri üzerinde etkisi ve mikroalg yoğunluğunun değerlendirilmesi
Effect of microalgae support on electrical conductivity properties in microbial fuel cells (MFC) and evaluation of microalgae density
ENİS ÖDEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMİZ GÜLTEKİN AKAY
- Glukoz oksidaz ve nanozim temelli biyoyakıt hücresi tasarımı ve optimizasyonu
Design and optimization of glucose oxidase and nanozyme based biofuel cell
GAMZE EMİR GÜNAY
Doktora
Türkçe
2025
BiyoteknolojiÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAHİT AKGÜL
- LED and visible light-induced metal free ATRP using reducible dyes in the presence of amines
İndirgenebilir boyar madde/amin sistemi ile LED ve görünür bölge ışığıyla başlatılmış metal içeriksiz ATRP
CEREN KÜTAHYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- Fotobiyoreaktör pencere sistemlerinin binada gölgelemeye etkisi üzerine deneysel çalışma
Experimental study on the effect of photobii̇oreactor window systems on shading in buildings
ŞEYMA NUR UĞUZ