Vanadyum redoks akışkan akülerin elektriksel karakterizasyonunun belirlenmesi ve performans ölçümlerinin gerçekleştirilmesi
Determination of electrical characterization and measuring performance of the vanadium redox flow battery
Yazar: KENAN KILAVUZ
Danışman: PROF. DR. ALTUĞ ŞİŞMAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Enerji Enstitüsü / Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Enerji depolama sistemi = Energy storage system

Özet:
Artan dünya nüfusu ve gelişen teknoloji insanlığın enerjiye olan gereksinimini hızla arttırmaktadır. Mevcut enerji döngüsünün büyük kısmının sonlu olan fosil yakıtlardan karşılanması ve bu yakıtların çevreye verdiği olumsuz etkileri nedeniyle insanlık yeni nesil teknolojileri geliştirmeyi ve var olan kaynakları verimli kullanmayı hedef edinmiştir. Hem rüzgâr ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından daha etkin bir şekilde faydalanabilmek, hem de şebeke yönetimi sayesinde enerjinin verimli kullanılmasını sağlamak için enerji depolama sistemleri büyük önem kazanmıştır. En yeni teknoloji olarak enerji depolama alanında oldukça uzun çevrim ömrüne sahip vanadyum redoks akışkan aküler bu çalışmanın temel konusunu oluşturmaktadır.Tamamen tersinir bir elektrokimyasal redoks tepkimesi ile %100 deşarj derinliğine izin veren vanadyum redoks akışkan aküler, sistemde kullanılan elektrolit depolama tankı boyutlarına bağlı olarak istenilen kapasite miktarının ayarlanabilmesine imkân sağlar. Diğer akü çeşitleri ile karşılaştırıldığında çevrim ömrü çok yüksek olan vanadyum redoks akışkan aküler, atık problemi olmayan çevreci bir teknolojidir. Bu aküler özellikle şebekeden bağımsız çalışan uygulamalarda, şebeke yönetiminde yük derecelendirmede ve rüzgâr, güneş gibi değişken çıkışlı güç kaynaklarının stabilizasyonunda en etkili çözüm olarak görülmektedir. Ancak bu akülerin ticari olarak daha fazla yaygınlaştırılabilmesi için farklı çalışma ortamlarında nasıl bir performans gösterdiği konusunda araştırmaların sayısının arttırılması gerekmektedir. Bu çalışmada 5 kW gücündeki bir vanadyum redoks akünün ortalama 16,0 0C ve 31,1 0C ortam sıcaklıklarındaki şarj ve deşarj performansı ölçülmüştür. Her iki çalışma koşulu için ayrı ayrı akım, gerilim, anlık güç ve toplam enerji değerlerinin değişim grafikleri oluşturulmuş, akü açık devre geriliminin ve akü iç direncinin sıcaklıkla ve doluluk oranıyla olan ilişkisi araştırılmıştır. Bu çalışma sonucunda elde edilen bilgiler, vanadyum redoks tabanlı enerji depolama teknolojilerinin geliştirilmesine ve kullanım alanlarının arttırılmasına temel oluşturacaktır.

Abstract:
Increasing world population and developing technology is increased the energy need of humanity. By the reason of the fact that meeting the big portion of the current energy cycle from the finite fossil fuels and the negative effects of that fuels on the environment, humanity is aimed to improve new generation renewable technologies and use the current resources in an effective manner. Energy storing systems are become more crucial both to utilize the renewable energies such as wind and sun more effectively and to provide the efficient usage of the energy by using grid management. As the newest technology, in the energy storage field, vanadium-redox flow batteries those have significantly long cyle-life are underlined this research.Depends on dimensions of the electrolyte storage tanks, vanadium-redoks flow batteries that let to 100% discharge with completely reversible electro-chemical redox reactions, enables adjusting the capacity. Compared to the other battery types, the vanadium-redox flow batteries that have significantly long cyle-life are environmental friendly technology without any waste problem. These batteries, especially on the applications independent from the grid, is seen as the most effective solution to load leveling in grid management and stabilization of the variable output power resources. However, to extend these batteries commercially, the researches have to be increased to understand the performance of those batteries in different working conditions. In this paper, charge-discharge performance of the 5kW power capacity vanadium redox battery, in average of 16,0 0C and 31,1 0C ambient temperature. For the two working conditions; charts of current, voltage, instantaneous power an total energy values has been established and the relation of battery open circuit voltage and battery internal resistance with temperature and state of charge has been investigated, separately. All datas that derived from this research will be a basis to developments of the vanadium-redox based energy storage technologies, and increase the areas of usage of that battery type.