Kentsel deniz taşımacılığında PV tabanlı enerji sistemlerinin elektrikli tahrik yapısına entegrasyonu: Sirkeci Harem feribot örneği
Integration of PV-Based energy systems into electric propulsion in urban maritime transportation: A case study of the Sirkeci–Harem ferry
- Tez No: 989175
- Danışmanlar: DOÇ. DR. RAMAZAN AYAZ, DOÇ. DR. KENAN YİĞİT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Küresel ticaretin büyük bir kısmı, maliyet avantajı sağlaması, yüksek tonajlı yüklerin tek seferde taşınmasına imkân tanıması ve dünyanın yüzey alanının yaklaşık %75'inin denizlerle kaplı olması nedeniyle denizyolu taşımacılığı aracılığıyla gerçekleştirilmektedir. Denizcilik sektöründeki enerji ihtiyacı ise günümüzde ağırlıklı olarak dizel yağ ve fuel-oil gibi fosil yakıtlarla karşılanmaktadır. Ancak, sera gazı salımı ve hava kirliliği ile ilgili uluslararası regülasyonların giderek sıkılaştırılması, fosil yakıt rezervlerinin azalması ve yakıt maliyetlerindeki artış, gemi işletmecilerini daha çevreci ve sürdürülebilir enerji kaynaklarına yönelmeye zorlamaktadır. Batarya sistemi fosil yakıtın karşısında 0 emisyon salınımı, gürültü kirliliğinin azaltılması gibi avantajlar ile ön plana çıkmaktadır. Batarya sistemlerinin gemi üzerinde sınırlı ağırlık ve hacim ile depolanabileceği ve fosil yakıtlar gibi transfer ile aktarılamaması taşımacılıktaki mesafeyi sınırlayacaktır. Bu kapsamda uzun yol çalışan tanker, kuru yük veya yolcu gemileri yerine şehir içi kısa hatlarda çalışan, enerji sarfiyatı daha düşük olan feribotları elektrifikasyonda avantajlı kılmaktadır. Ayrıca İstanbul Boğazı gibi şehir ve yaşam alanı ile iç içe olan denizlerdeki gemilerde elektrifikasyon karbon salınımını da azaltacağı için toplum sağlığını da pozitif etkileyecektir. Klasik tahrik sistemlerinde makineye dişli kutusu ile bağlı pervane grubu bulunur. Elektrikli tahrik sistemine geçmek için pervanelerin sökülüp yeni tahrik sistemi montajı yapılması gerekir veya makine yerine elektrik motoru bağlanmalıdır. Ancak Sirkeci-Harem hattında çalışan Dizel-Elektrik tahrik yapısına sahip feribotlar elektrik motoru + Voith tahrik sistemine sahip olduğu için makineler ile mekanik bağlantıya sahip değildir. Generatör setinde üretilen enerji frekans konvertörü aracılığıyla motora aktarılır. Motor ise Voith sistemini tahrik eder. Generatör setinin güç kaynağı olarak kullanıldığı bu platform tahrik sistemi açısından elektrifikasyona uygun altyapıya sahiptir. Tahrik sistemi, çalışma rotası ve hizmet verdiği bölge dikkate alındığında, Sirkeci–Harem hattında faaliyet gösteren dizel-elektrik tahrikli feribotun, elektrifikasyon açısından uygun altyapı ve avantajlı bir operasyonel güzergâha sahip olduğu görülmüştür. Dizel-Elektrik feribotun generator seti detaylı olarak incelenmiş olup ağırlık ve hacim verileri hesaplanarak sistemin fiziksel karakteristikleri ortaya konmuştur. Bununla birlikte feribotun çalışma rotası, sefer süreleri, tüketicileri ve güç ihtiyacı gibi operasyonel parametreler analiz edilmiştir. Olası acil durum koşullarında da feribotun operasyonel sürekliliğini sağlayacak bir senaryo oluşturulmuş; bu senaryo temel alınarak gerekli enerji kapasitesi belirlenmiş ve uygun batarya konfigürasyonu tasarlanmıştır. Batarya grubunun şarjı için ise insan gücüne ihtiyaç duymayan, kaza ve maliyet kalemlerini azaltacak otonom teleskopik şarj istasyonu alan açısından daha uygun olan Harem limanında planlanmıştır. Batarya grubunun yalnızca şebeke üzerinden şarj edilmesi, hem karbon salınımını artıracağı hem de enerji maliyetlerini yükselteceği için, Harem Limanı'nda yer alan otopark alanı değerlendirilmiş ve bu alana araçların gölgesinde bekleyebileceği şekilde fotovoltaik (PV) panel yerleşimi önerilmiştir. Panel yerleşimi, mevcut saha koşulları dikkate alınarak gerçek ölçülerle planlanmış ve sistemin panel sayısı ile yönelim bilgileri kullanılarak simülasyon ortamında modellenmiştir. Geliştirilen bu model aracılığıyla yıllık üretim değerleri ve sistem performansına ilişkin çıktılar elde edilerek, PV sisteminin batarya şarj sürecine katkısı analiz edilmiştir. Sonuç olarak, yapılan çalışma kapsamında Sirkeci–Harem hattında işletilen dizel-elektrik tahrikli bir feribotun tamamen elektrikli tahrik sistemine dönüştürülmesi teknik, ekonomik ve çevresel açılardan kapsamlı biçimde değerlendirilmiştir. Mevcut tahrik yapısının elektrifikasyona uygunluğu, batarya sistemi ile gerekli enerji ihtiyacının karşılanabilirliği ve hızlı şarj altyapısının liman bölgesine entegrasyonunun uygulanabilirliği ortaya konmuştur. Senaryo sonuçları, elektrikli tahrik sistemine dönüşümün dizel tahrikli mevcut yapıya kıyasla emisyonları önemli ölçüde azalttığını, operasyonel maliyetleri düşürdüğünü ve uzun vadede sürdürülebilir bir işletme yapısı sunduğunu göstermiştir. Harem Limanı'nda konumlandırılması önerilen PV sistemi ile batarya şarj sürecine yenilenebilir enerji katkısı sağlanmış; böylece hem şebeke bağımlılığı hem de gaz salınmı azaltılması amaçlanmıştır. PV sisteminden elde edilen yıllık enerji üretim verilerinin batarya şarj altyapısına destek sunduğunu göstermektedir. Tüm bu değerlendirmeler göz önüne alındığında, feribotun elektrikli tahrik sistemine dönüştürülmesi ile düşük gaz salınımı, sessiz ve titreşimsiz çalışma, azalan operasyonel maliyet ve finansal giderler ön görülmektedir.
Özet (Çeviri)
A large portion of global trade is carried out via maritime transportation due to its cost advantage, the ability to transport high-tonnage loads in one go, and the fact that approximately 75% of the world's surface area is covered by sea. The energy need in the maritime sector is currently met mainly by fossil fuels such as diesel oil and fuel oil. However, the increasing tightening of international regulations regarding greenhouse gas emissions and air pollution, the decrease in fossil fuel reserves, and the increase in fuel costs are forcing ship operators to turn to more environmentally friendly and sustainable energy sources. The battery system stands out with advantages such as zero emission and reduced noise pollution compared to fossil fuels. The fact that battery systems can be stored on ships with limited weight and volume and cannot be transferred by transfer like fossil fuels will limit the distance in transportation. In this context, instead of long-distance tankers, dry cargo or passenger ships, ferries operating on short lines within the city and with lower energy consumption are advantageous in electrification. In addition, electrification will reduce carbon emissions in ships in seas intertwined with cities and living spaces, such as the Bosphorus, and will positively affect public health.Classic propulsion systems have a propeller group connected to the machine via a gearbox. In order to switch to an electric propulsion system, the propellers must be removed and a new propulsion system must be installed, or an electric motor must be connected instead of the machine. However, since the Diesel-Electric propulsion structure ferries operating on the Sirkeci-Harem line have an electric motor + Voith propulsion system, they do not have a mechanical connection with the machines. The energy produced in the generator set is transferred to the engine via a frequency converter. The engine drives the Voith system. This platform, where the generator set is used as a power source, has an infrastructure suitable for electrification in terms of the propulsion system. Considering the propulsion system, operating route and the region it serves, it has been observed that the diesel-electric propulsion ferry operating on the Sirkeci-Harem line has a suitable infrastructure and an advantageous operational route in terms of electrification. The generator set of the diesel-electric ferry was examined in detail and the physical characteristics of the system were determined by calculating the weight and volume data. In addition, operational parameters such as the ferry's operating route, voyage times, consumers and power requirements were analyzed. A scenario was created to ensure the ferry's operational continuity under possible emergency conditions; the required energy capacity was determined based on this scenario and the appropriate battery configuration was designed. For the charging of the battery group, an autonomous telescopic charging station that does not require manpower and will reduce accidents and costs was planned in Harem Port, which is more suitable in terms of space. Since charging the battery group only from the grid would both increase carbon emissions and energy costs, the parking area in Harem Port was evaluated and a photovoltaic (PV) panel placement was proposed in this area so that vehicles could wait in its shade. The panel placement was planned with real measurements considering the current field conditions and modeled in a simulation environment using the system's panel number and orientation information. With this developed model, annual production values and system performance outputs were obtained and the contribution of the PV system to the battery charging process was analyzed.As a result, the complete electrification of the diesel-electric ferry operating on the Sirkeci–Harem route was examined in technical, economic, and environmental terms. The suitability of the existing propulsion architecture for electrification, the capability of the battery system to meet the required operational energy demand, and the feasibility of integrating a high-power charging infrastructure into the port area were demonstrated. Modeling results indicate that the transition to an electric propulsion system significantly reduces emissions compared to the current diesel-based structure, lowers operational costs, and provides a more sustainable long-term operating profile. The PV system proposed for installation at Harem Port contributes renewable energy to the battery charging process, thereby reducing both grid dependency and overall emission levels. The annual PV energy production data confirm its supportive role in the charging infrastructure. Considering all these findings, the conversion of the ferry to a fully electric propulsion system is expected to result in low emission output, silent and vibration-free operation, and reduced operational and financial costs.
Benzer Tezler
- Marmara Denizi'nde denizcilik taşımacılığı kaynaklı kirliliğin müsilaj oluşumuna etkisi
The effect of the pollution on muci̇lage due to the maritimetransport in Marmara Sea
AYBÜKE NUR ŞAHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN UYANIK
- İstanbul'da iki yaka arasındaki yük taşımacılığında deniz ulaşımının payının ayrık seçim modeliyle incelenmesi
Analysis of the share of maritime transport in freight transportation between the two shores of İstanbul using discrete choice models
MEHMET KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Trafikİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL SELÇUK ÖĞÜT
- Multimodal integration of intracity sea transport the case of İstanbul
Şehiriçi deniz taşımacılığının multımodal entegrasyonu İstanbul uygulaması
ÖZGÜR SOY
Doktora
İngilizce
2023
Ulaşımİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEYLA TAVACIOĞLU
- Study on development Benghazi Port
Bingazi Limanı'nın geliştirme çalışmaları
MANAL SALEM ALI ABMDAS
Doktora
İngilizce
2018
UlaşımPiri Reis ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. ERGÜN DEMİREL
- A dry port model for Kocaeli container terminals
Kocaeli konteyner terminalleri için bir kuru liman modeli
MURAT SAKA
Doktora
İngilizce
2020
Deniz BilimleriPiri Reis ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OKTAY ÇETİN