Deniz taşıtlarında hibrit sevk sisteminin verimlilik analizi
Efficiency analysis of hybrid propulsion system for marine vessels
Yazar: MURAT BAYRAKTAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA NURAN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Denizcilik sektöründe sürekli gelişen teknolojiler ve Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) enerji verimliliği düzenlemeleri göz önünde bulundurulduğunda, geleneksel sevk sistemlerinde iyileştirme sağlanması veya alternatif sevk sistemlerinin kullanımı ön plana çıkmaktadır. Uluslararası Denizcilik Örgütü'nün MARPOL Ek VI "Gemilerden Kaynaklanan Hava Kirliliğinin Önlenmesi Kuralları" gemilerden salınan azot oksit, kükürt oksit ve partikül madde sınırlamalarını belirlemektedir. Gemilerde farklı tip sevk sistemlerinin kullanılmasının amaçlarından bazıları yakıt tasarrufu sağlamak, çevreye yapılan zararlı gazların salımını en aza indirgemek ve operasyon maliyetlerini azaltmaktır. Çalışmanın amacı, gemilerin operasyon verileri üzerine kurulacak hibrit sevk sisteminin (HSS) yakıt tüketimi açısından verimlilik analizi yapmak ve elde edilen çevresel ve maliyet kazanımlarını ifade etmektir. Geleneksel olarak kullanılan sevk sistemleri ile HSS'nin karşılaştırılması MATLAB GUI üzerinden geliştirilen ara yüz ile yapılmaktadır. Ara yüz, analizin gerçekleştirilmesi amacıyla dizel ana makine, elektrik motoru, batarya ve redresör gibi HSS ekipmanlarının seçimini içermektedir. Ara yüzde kullanılan ekipmanların teknik özellikleri ve operasyon verileri, hem nicel veri analizi hem de deneysel çalışmalardan elde edilmektedir. Elde edilen tüm veriler kullanılarak otuz iki farklı analiz gerçekleştirilmekte ve analiz bulguları ara yüz üzerinden kayıt edilmektedir. Bulgulara göre hangi operasyonun HSS için daha uygun olduğuna karar vermek için matematiksel optimizasyon yöntemi kullanılmaktadır. Bulgularlara göre HSS uygulaması en verimli lityum demir fosfat tipi bataryalar ile asenkron AC elektrik motorları kullanılarak elde edilmekte ve en yüksek verimlilik çıktısı %72,356 olarak hesaplanmaktadır. Çalışma, bu alanda benzer veya farklı gemi tiplerinde çalışma yapacak akademisyenler ve sektör paydaşları için kaynak oluşturacaktır.

Abstract:
Improvement in conventional propulsion systems or using alternative propulsion systems come to the fore considering the ever-evolving technologies in the maritime industry and IMO energy efficiency measures. IMO MARPOL Annex VI "Prevention of Air Pollution from Ships" determines the nitrogen oxide, sulphur oxide and particulate matter limits emit from marine vessels. Some of the objectives of using different types of propulsion systems on ships is fuel saving, minimizing the release of harmful gases to the environment and reducing operational costs.  The aim of the study is analysing the efficiency of the hybrid propulsion system (HPS) in view of fuel consumption applied on marine vessels and highlighted the environmental and cost gains. Comparison of conventional propulsion systems and HPS is performed with the interface developed in MATLAB GUI. The interface includes the selection of HPS equipment such as diesel main engine, electric motor, battery and rectifier in order to perform the analysis. The technical characteristics of the equipment and operational data used are obtained from both quantitative data analysis and experimental studies. Thirty two different analyzes are performed using all the data obtained and findings are recorded over the interface. Mathematical optimization method is used to decide which operation is more suitable for HPS based on findings. According to the findings, the most efficient HPS application is achieved by using lithium-iron phosphate type batteries and asynchronous AC electric motors also the highest efficiency output is achieved as 72.356%. The study will create a resource for academics and industry stakeholders who will work on similar or different ship types in this field.