Yakıt pillerinin birleşik ısı güç sistemi olarak mevcut binalarda kullanımı
The use of fuel cells as combined heat and power system in existing buildings
Yazar: İBRAHİM UTKU BAŞYAZICI
Danışman: PROF. DR. ÖZDEN AĞRA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Hidrojen ekonomisine geçiş konusundaki tartışmalar binalarda yakıt pili teknolojisinin kullanımı da tekrar gündeme getirmiştir. Binalarda yakıt pillerinin kullanımı diğer sektörel uygulama alanlarına kıyasla daha yavaş ilerlemektedir. Bu açıdan bakıldığında hidrojen ekonomisine geçiş ve geniş çaplı bir hidrojen alt yapısının kurulması yakıt pillerinin binalarda kullanılması açısından avantaj teşkil etmektedir. Yakıt pili teknolojisi mevcut kısıtlar altında bile konvansiyonel kojenerasyon teknolojilerine önemli bir alternatif olarak dikkate alınması gereken bir teknolojidir. Ancak, yakıt pili kullanımı özellikle mevcut binalar söz konusu olduğunda dikkatli bir teknik ve ekonomik eğerlendirmeyi zorunlu kılar. 

Herhangi bir enerji sistemi yatırımı ekonomik, teknolojik ve  çevresel faktörlere bağlı bir karar verme sürecine gereksinim duyar. Günümüzde yaygın bir hidrojen şebekesi olmadığından yakıt pilleri hidrojeni doğalgaz veya benzeri hidrokarbon türevi yakıtlardan dönüştürerek elde etmek zorundadır. Dolayısıyla sistemin ekonomik performansı elektrik ve doğalgaz fiyatları arasındaki kritik fiyat eşiklerine direkt olarak bağımlıdır. Bu tez çalışmasında bahsi geçen kritik fiyat eşikleri belirlenmiş, sistemin ekonomik geri ödeme süresi karmaşık ekonomik hesaplara gerek duyulmaksızın, kritik elektrik ve doğalgaz farkı, sistem kapasitesi, iskonto oranı, birim yatırım maliyeti ve toplam sistem verimine göre ifade edilmiştir. Elde edilen bu ifade yardımıyla iskonto oranına göre kategorize edilmiş seçim abakları oluşturularak mevcut ticari binalar için yatırım kararı verme sürecinde kullanılabilecek yeni bir yöntem önerilmiştir.

Abstract:
The discussions on the transition to a hydrogen economy have refocused attention on the evaluation of fuel cell technology for building applications. The adaption of fuel cells in buildings progresses more slowly compared to other industrial applications. From this perspective, the transition to a hydrogen economy and the establishment of a hydrogen infrastructure present advantages for the use of fuel cells in buildings. Even with present limitations, fuel cell technology is a significant alternative to traditional co-generation technologies. However, especially concerning existing buildings the use of fuel cells requires careful technical and economical evaluation. 

Any investment in an energy system requires a decision-making process based on economic, technological and environmental factors. Currently, due to the absence of a widespread hydrogen infrastructure, fuel cells must derive hydrogen by converting natural gas or other hydrocarbon-based fuels. Consequently, the economic performance of the system is directly dependent on critical price thresholds between electricity and natural gas. In this study, these critical price thresholds have been identified, and the economic payback period of the system is expressed in terms of the critical electricity and natural gas price difference, system capacity, discount rate, unit investment cost, and overall system efficiency, rather than complex economic calculations. This expression has been used to create decision charts categorized by the discount rate, providing a new method for the decision-making process in investments for existing commercial buildings.