Su üstü gemilerde elektrikli tahrik sistemi
Electrical propulsion on surface ships
Yazar: RIDVAN BORA AKTEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. DENİZ YILDIRIM
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik motorları = Electric motors ; Gemi tahrik sistemleri = Ship propulsion systems ; Matlab = Matlab ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Gemiler değişik biçimde tahrik edilirler. Kürek, yelken, buhar makinesi, buhar ve gaz türbinleri, dizel ve dizel-elektrik, nükleer sevk sistemleri günümüze gelene değin gemileri yürüten sistemleri oluşturmuştur. Enerji kaynaklarında karşılaşılan sıkıntılar gemi sevk sisteminde yeni arayışları gündeme getirmiştir.Yakıt hücresi, sevk sistemi olarak diğer ulaştırma araçlarıyla birlikte geleceğin gemilerinde de kullanılmaya adaydır. Bu çalışmada su üstü gemilerinde geminin tüm elektrik ihtiyacının yakıt hücresi kullanılarak karşılanması tartışılmıştır.Giriş bölümünde fosil yakıtların zararlarına değinilmiş, izleyen bölümde hidrojenin elde edilmesi ve depolanması ele alınmıştır. Tüm bu ön bilgiler sonrasında yakıt hücrelerinin tipleri ve çalışma prensipleri incelenmiştir. Bu kapsamda yakıt hücresinin ürettiği elektriği kullanılabilir elektriğe çeviren güç elektroniği devreleri tüm detayları ile ele alınmış ve matematiksel bağıntılar verilmiştir.Üçüncü bölümde örnek bir su üstü gemisi tasarlanmıştır. Ön tasarım bilgileri doğrultusunda geminin önce gövde tasarımı yapılmış, sonrasında da geminin elektrik yük analizi yapılmış, bulunan güç değerine göre yakıt hücresi tasarlanmıştır. Yakıt hücresinin çıkışındaki gerilimi kullanılabilir elektriğe dönüştürmek için gerekli olan güç elektroniği devreleri belirlenmiş ve matematiksel büyüklükleri bulunmuştur. Sonrasında tüm sistem MATLAB programı kullanılarak eşbenzetim yapılmış ve en zor deniz şartlarında yakıt hücresinin görevini eksiksiz yerine getirdiği görülmüştür.Sonuç bölümünde yakıt hücresinin içten yanmalı motorla karşılaştırması yapılarak avantaj ve dezavantajlarına değinilmiştir. Bu bağlamda, çevreci kimliği ile ön plana çıkan yakıt hücresinin, aynı güç seviyeleri için yüksek fiyat ve büyük boyutlu olması nedeniyle içten yanmalı motorların bir süre daha cazibelerini kaybetmeyecekleri sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
Ships are propelled by several means. Oars and sail were in the past, combustible engines, gas and steam turbines together with the nuclear propulsion to-date have been the powering systems of surface vessels. Shortage and limited usage of energy that have been faced in the days we live in has brought up seeking of a new means of energy for economical usage and powering of surface vessels.Fuel cell in that regard is the most powerful candidate as energy means to be used not only in other transport conveyances but also in onboard surface ships for propulsion.Aim of this study is to fully meat the electrical power needs of any surface vessel employing fuel cell.Detriments of fossil fuels are taken in hand in the first chapter; whereas hydrogene production and storage in the following one. Aftermath of the background information taken up in the first two chapters, types of fuel cells together with their principles of operation are thus studied. In the scope of this study, power electronics circuits which convert electricity generated by fuel cells into usable electricity are handled in full scale and thence related mathematical equations are given.In the third chapter, a sample surface vessel is designed; firstly hull is designed and then analysis with regard to her power load is effected and relevant fuel cell which ultimately leads to its capacity is designed. Also necessary networks of power electronics which are essential for converting voltage on the outer end of the fuel cells into usable electricity are revealed and corresponding mathematical values are calculated. All systems are simulated by MATLAB to check how it works. As the result of the simulations, it is shown that fuel cell keeps working on the worst sea conditions.In concluding chapter, fuel cell is compared with combustible engine of similar capacity to find out pros and cons of the system. While fuel cell comes into prominence with its environmental advantages, combustible engines are much more cheap and small for the same power level and thus, will keep their popularity for a while.