Gemi dizel ana makinelerinde atık ısı geri kazanım yöntemlerinin termodinamik analizi
Thermodynamic analysis of waste heat recovery systems in marine diesel engine
Yazar: CANBERK HAZAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜNER ÖZMEN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Enerji talebinin arttığı ve mevcut enerji kullanımının çevreye olan olumsuz etkilerinin hissedilir boyutlara ulaştığı günümüzde, enerji verimliliği, enerji tasarrufu, yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji konuları büyük önem taşımaktadır. Bu yüzden denizcilik sektörü, enerji verimliliği ve yakıt tüketimi konularında daha büyük zorluklarla karşı karşıyadır. Bu zorlukların başında dizel motorlardan çevreye salınan salımlar ve gemi işletme maliyetleri düşünüldüğünde ilk sırada yer alan yakıt masrafları gelmektedir. Atık ısı geri kazanım sistemleri uygulandığında ise yakıt tasarrufu sağlanacağı gibi birim yakıt başına çevreye salınan toplam CO2 (carbon dioxide-karbon dioksit), NOx (nitrogen oxides-azot oksitleri) ve SOx (sulphur oxides-kükürt oksitleri) salımları miktarında da bir azalma görülecektir. Atık ısı geri kazanım sistemleri, ilave yakıt kullanmadan ve salıma sebep olmadan ısı kazanmakta ve kazanılan bu ısı enerjisini kullanarak güç üretmektedir.
Bu çalışmada, iki zamanlı altı silindirli ağır devirli bir dizel motor kullanılarak atık ısı geri kazanım sistemleri ele alınmıştır. Üç farklı ortam koşulu ve üç farklı dizel motor işletme yükü ele alınarak, güç türbini jeneratörü, buhar türbini jeneratörü ve kombine sistem için analizler yapılmış, her bir atık ısı geri kazanım sisteminin bileşenlerinin ekserji yıkımı, ekserji yıkım oranı, ekserji verimi, sistemin güç çıktıları ve verim artışları hesaplanmıştır. Ayrıca, atık ısı geri kazanım sistemlerinin kurulum maliyeti ve yıllık tasarruf edilen yakıtın maliyetine göre geri ödeme süresi hesaplanmıştır. Yapılan termodinamik analizler sonucunda, bütün atık ısı geri kazanım sistemlerinde, üç dizel motor işletme yükünde ve üç ortam koşulunda en yüksek ekserji yıkım oranının dizel motorda oluştuğu görülmüştür. Geri ödeme süresi en düşük güç türbini jeneratörü sisteminde yüzde 100 dizel motor işletme yükünde ve kış ortam koşullarında oluşmuştur.

Abstract:
Energy efficiency, energy saving, renewable and sustainable energy issues are of great importance today as energy demand increases and the negative impacts of current energy use reach noticeable dimensions. So, the maritime sector faces greater challenges in energy efficiency and fuel consumption. At the beginning of these difficulties are the emissions from the diesel engines and the fuel costs which are the first place when considering the ship operating costs. When waste heat recovery methods are applied, there will be a reduction in the amount of total CO2 (carbon dioxide), NOx (nitrogen oxides) and SOx (sulfur oxides) emissions per unit fuel per unit fuel as well as fuel savings. Waste heat recovery systems generate heat without using additional fuel and without emissions, and generate power using this heat energy recovered.
In this study, waste heat recovery systems are discussed by using a two-stroke six-cylinder low-speed diesel engine and analyzes were made for power turbine generator, steam turbine generator and combined system for three different ambient conditions and three different diesel engine operating loads were taken into consideration and exergy destructions, exergy destruction rates, exergy efficiencies, power outputs and efficiency increases of waste heat recovery systems components were calculated. Furthermore, the payback period was calculated based on the cost of the fuel saved per year and the cost of installation of the waste heat recovery systems. As a result of the thermodynamic analyses, it was seen that the highest exergy destruction rate occurred in diesel engine in all heat recovery systems, three diesel engine operating loads and three ambient conditions. The lowest payback period has been occurred in 100 percentage diesel engine operating load and winter conditions in power turbine generator system.