Modüler volanda enerji depolama
Flywheel kinetic energy storage system
Yazar: FIRAT ALTAN
Danışman: PROF. DR. AYDOĞAN ÖZDAMAR ; YRD. DOÇ. DR. SİNAN GÜNGÖR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Enerji depolama sistemi = Energy storage system

Özet:
Bu doktora çalışmasında günümüzde giderek önemi artan enerji ve enerjinin depolanması kavramları ile ilgili olarak, enerji depolama alternatiflerinden biri olan, volanda kinetik enerji depolama konusu incelenmiştir.Yapılan incelemede, elektrik enerjisinin yükselen enerji maliyetleri ve çevre dostu olmasından dolayı, volanın elektriksel olarak şarj ve deşarj olması hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda hareketli sistemlerden evlerdeki hanelere kadar geniş bir alanda elektrik enerjisi ihtiyacının maksimuma çıktığı zamanlarda, volan, jeneratör görevi görerek elektrik şebekesini besler yönde çalışacak, hareketli sistemlerin frenlenmesi gerektiğinde ise açığa çıkacak olan enerji, kinetik enerji olarak volanda depolanacaktır. Bu sayede, şebekelerin verebileceği güç tepe noktaları düşürülebilecek ve ayrıca şebeke iletim hatlarının kesit alanları ile beraber trafoların da boyutları küçülecektir.Çalışma, ağırlıklı olarak volanın yüksek dönüş hızlarında maruz kaldığı gerilmelerin analizi ve değerlendirilmesi, rotor dinamiği ve sistemin stabilizesi üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu kapsamda yapılan araştırma, volanın matematiksel modelinin oluşturulması ve çeşitli parametrelerin analizi için yazılım geliştirilmesi ana başlıkları altında toplanmaktadır.Tez çalışması, özel bir volan tasarımından ziyade, piyasada bulunan ve sadece belirli bir amaç için kullanılan pahalı yazılımlardan elde edilen sonuçlara alternatif olmak maksadı ile daha çok yaygın olarak kullanılan ANSYS ve MATLAB programları arasında analizin devamını sağlayan ortak bir yazılım oluşturularak sonuçlandırılmıştır.Bu sayede tez çalışması yapılan firmada, ileriki aşamalarda üretilecek farklı ölçeklerdeki yüksek teknolojili volanların, tasarımından analizine kadar esnek ve modüler bir yapı içerisinde geliştirme, optimizasyon ve sistem kontrol basamakları bir sistem bütünlüğü halinde ele alınacaktır.

Abstract:
In this doctorate study, the flywheel energy storage system, which rising alternative nowadays in importance of energy storage concept, was researched.In the examination, due to the rising costs and also environment-friendly of electrical energy, the flywheel is aimed to be electrically charged and discharged. In line with this objective, the flywheel acts as a generator (in a wide range from mobile systems to private households), where the electric power demand peaks in time, to feed the electrical network.. During the braking of the moving systems, the emerged energy is stored as kinetic energy in the flywheel. In this way, the peak power supply of the electrical network can be reduced and therefore cross-sectional areas of the network transmission lines and also power distribution units can be shrunk.The study focused on the flywheel stress analysis and evaluation, due to the high rotation speeds, rotor dynamics and stability of the system. Main headings for research in this context are grouped as the creation of the mathematical model of the flywheel and the development of software for the analysis of various parameters.This thesis is concluded by writing and implementing a bridging software between largely common commercial programs ANSYS and MATLAB as an alternative use for the expensive rotor dynamics softwares.By means of this, high-tech flywheels are considered systematically from design to analysis and optimization as well, regarding the flexibility and modular structure in the later production stages of different scales.