Gemilerde yakıt pili teknolojileri: sistem dinamikleri yaklaşımı
Fuel cell technologies for ships: a system dynamics approach
Yazar: SÜLEYMAN AYKUT KORKMAZ
Danışman: PROF. DR. AYŞE GÜLDEM CERİT
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Gün geçtikçe daha katı hale gelen çevresel kurallar nedeniyle çevreci sevk sistemlerinin önemi artmaktadır. Bunların içinde en önemlilerinden biri ise yakıt pilleridir. Günümüzde yakıt pilleri gemilerde sevk sistemlerinin ihtiyaçlarını karşılamada kullanılabilir hale gelmektedir. Ancak geminin sevk ihtiyacının tamamının yakıt pili ile karşılanması her zaman mümkün olmamaktadır. Ayrıca ani yük değişimleri yakıt pilinin yaşam ömrünün azalmasına neden olmaktadır. Bu yüzden yakıt pilleri genellikle bataryalar ile birlikte hibrit sistemlerde kullanılmaktadır. Yakıt pillerinin güç yoğunluğu genellikle bataryalardan daha fazladır. Geliştirilen hibrit sistemler sayesinde hem geminin menzili arttırılmış olmakta hem de ağırlık açısından önemli kazançlar sağlanabilmektedir. Bu tez kapsamında geminin hâkim rüzgâr ve deniz koşullarında tam yüklü ve tipik bir seferinin gemiden alınan gerçek veriler ile sistem dinamikleri yaklaşımı kullanılarak Vensim® yazılımında modellemesi gerçekleştirilmiştir. Bu sayede sistem üzerine etki eden değişkenler ortaya konmuş ve bu değişkenlere uygun değerler girilerek sistemin güç ihtiyacı değişik senaryolar için belirlenebilir hale getirilmiştir. Buradan elde edilen sonuçlar sistem için uygun batarya tipinin seçilmesinde kullanılacak Matlab/Simulink yazılımında yapılan bir modele girilerek simüle edilmiştir. Bataryaların birim kütle başına içerdikleri enerjiden yola çıkılarak karşılaştırılan batarya çeşitlerinin sağladığı enerji kazanımları ortaya konmuştur. Çalışma kapsamında hibrit sistemler içinde en fazla verimi veren batarya tipinin lityum iyon bataryalar olduğu saptanmıştır. Ancak nikel metal hidrit bataryaların yakıt pili olmadan geminin sevkinde diğer batarya tiplerine göre daha avantajlı olduğunun göz ardı edilemeyeceği de belirlenmiştir.

Abstract:
Due to more stringent environmental rules, the importance of green propulsion systems is increasing. One of the most important of these is the fuel cells. Nowadays, fuel cells are becoming more appropriate to meet the needs of ship propulsion systems too. However, it is not always possible to meet all of the power requirements for transportation via fuel cells. In addition, sudden load changes cause the life span of the fuel cell to decrease. Because of this, fuel cells are often used in hybrid systems with batteries. The power density of fuel cells is generally higher than in batteries. Due to the hybrid systems, both the range of the ship is increased and significant gains can be achieved in terms of weight. In this thesis, modeling of the ship in Vensim® software was carried out by applying the system dynamics approach with the real data taken from the ship in full load condition and typical times in prevailing wind and sea conditions. Thus, variables affecting the system are introduced and appropriate values are loaded into these variables so that the power requirement of the system can be determined for different scenarios. The results obtained are simulated by entering a model in Matlab/Simulink software to be used in selecting the appropriate battery type for the system. The energy gains provided by the battery types compared by the energy content of the batteries per unit mass are revealed. The results show that the battery type that provides the greatest efficiency among the hybrid systems is the lithium ion battery. However, it cannot be ruled out that nickel metal hydride batteries are more advantageous than other types of batteries in delivering the ship without fuel cells.