Gemiler için yeni bir elektrik enerjisi yönetim sisteminin akıllı şebeke altyapısına uygun olarak geliştirilmesi
Development of a new electrical energy management system for the ships in accordance with the smart grid infrastructure
Yazar: KENAN YİĞİT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BORA ACARKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Denizcilik = Marine ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Enerji yönetimi = Energy management

Özet:
Denizcilik sektörü temsilcileri uluslararası sözleşmelerin karşılanması, enerji maliyetlerinin azaltılması ve çevresel problemlerin en aza indirgenmesi için gemilerde alternatif enerji kaynaklarının kullanımına yönelik çalışmalar yapmaktadırlar. Bu çalışmalar daha ekonomik ve daha temiz enerji kaynaklarının kullanılabileceği yeni nesil gemi ve yeşil liman kavramları için önemli bir adımdır. 
Geleceğin elektrik şebekesi olarak isimlendirilen "Akıllı Şebeke" sistemi ise gemi, liman ve şehir etkileşimi için yüksek bir öneme sahiptir. Özellikle gemiler, limanda iken akıllı şebeke altyapısını kullanarak ulusal elektrik şebekesine daha etkin bir şekilde bağlanabilecek ve ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisini daha verimli bir şekilde temin edebilecektir. 
Gemilerin alternatif enerji kaynaklarını etkin bir şekilde kullanabilmesi ve akıllı şebeke sistemi ile uyumlu bir şekilde çalışabilmesi için ise bir enerji yönetim sistemine sahip olması gerekmektedir.
Tez çalışmasında, alternatif enerji kaynaklarına ve akıllı şebeke altyapısına sahip gemiler için yeni bir "Gemi Elektrik Enerjisi Yönetim Sistemi" önerilmiştir. Ayrıca, önerilen sistem için iki farklı "Gemi Elektrik Enerjisi Yönetim Algoritması" geliştirilmiştir. Gemi elektrik enerjisi yönetim sistemi için geliştirilen algoritmalar MATLAB programı ile test edilmiştir. Gemi için ihtiyaç duyulan veriler "M/V İnce Hamburg" isimli yük gemisinde çeşitli ölçüm ve analizler yapılarak elde edilmiştir. Liman ve ulusal elektrik şebekesi için ihtiyaç duyulan veriler ise literatürden temin edilmiştir. Çalışmada, farklı bölgelerde yer alan Amerika Birleşik Devletleri, Almanya, Türkiye Cumhuriyeti, Çin Halk Cumhuriyeti ve Avustralya limanları dikkate alınmıştır. Önerilen sistemin enerji tasarruf potansiyelini belirlemek için benzetim çalışması yapılmıştır. Benzetim çalışmasında, önerilen sistem enerji maliyetleri ve CO2, NOx, SO2, PM emisyon salımları açısından geleneksel gemi sistemi ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca enerji yönetim sistemi bileşenlerinin kuruluş maliyetleri dikkate alınarak sistemin ekonomik analizi yapılmıştır. 
Bu çalışma ile geminin limanda iken gemi personelinin belirlediği kriterler çerçevesinde gemi için en uygun enerji kaynağının seçilebilmesi ve devreye alınabilmesi hedeflenmiştir. Ayrıca, gemilerin akıllı şebeke kavramında elektrikli taşıtlar ve akıllı evler gibi ayrı bir çalışma konusu olarak literatürdeki yerini alması amaçlanmıştır.
Sonuç olarak önerilen elektrik enerjisi yönetim sisteminin gemi sahiplerine finansal ve çevresel açıdan önemli faydalar sağlayacağı görülmektedir. Bu sistemin yeni nesil gemi ve liman tasarımları için örnek bir model olacağı öngörülmektedir. Çalışmanın, denizcilik sektörünün sürdürülebilirliğine ve gelişimine katkı sunması beklenmektedir.

Abstract:
The representatives of maritime sector study on the use of alternative energy sources on the ships to meet international regulations, reduce energy costs, and minimize environmental problems. These studies are an important step for the concepts of next-generation ship and green port which can be used more economic and cleaner energy sources. 
The "Smart Grid", which is called as next-generation electricity grid system, has also a high importance for the ship, port and city interactions. Especially, when the ships are at the port, they will be able to connect to the national electricity grid more effectively and provide the electrical energy needs more efficiently using the smart grid infrastructure.
The ships need to have an energy management system in order to be able to use alternative energy sources effectively and work in harmony with the smart grid system.
In the thesis study, a new "Ship Electrical Energy Management System" has been proposed for the ships having alternative energy sources and smart grid infrastructure. Also, two different "Ship Electrical Energy Management Algorithm" have been developed to the proposed system. The algorithms, which were developed for the ship electrical energy management system, have been tested with MATLAB program. The data needed for the ship have been acquired by performing various measurements and analysis on the bulk carrier ship named "M/V Ince Hamburg". The data needed for the port and the national electricity grid have also been obtained from the literature. In the study, the ports of the United States of America, Germany, Turkey, China and Australia located in the different regions have been taken into account. The case study has been carried out to determine the energy saving potential of the proposed system. In the case study, the proposed system has been compared with the conventional ship system in terms of the energy costs and CO2, NOx, SO2, PM emissions. Also, the economic analysis of the system has been made considering the installation costs of the components of the energy management system. 
With this study, it is aimed to select and run the most suitable energy source for the ship within the framework of the determined criteria by the ship personnel when the ship is at port. Also, it has been aimed that ships take their place in the literature as a separate study area in the smart grid concept such as electric vehicles and smart homes.
As a result, it is seen that the proposed electrical energy management system will provide significant financial and environmental benefits to the ship owners. It is expected that this system is a reference model for the new generation ship and port designs. It is expected that this study contributes to the sustainability and development of the maritime sector.