Yenilenebilir Enerji Kaynakları ile Sıfır Emisyonlu Yat Tasarımı ve Simülasyonları

Research Article: “Yenilenebilir Enerji Kaynakları ile Sıfır Emisyonlu bir Yelkenli Tekne Tasarımı ve Seyir Simülasyonları”

Reference:

Nomak, H. S. & Cicek, I. (2022). Yenilenebilir Enerji Kaynakları ile Sıfır Emisyonlu bir Yelkenli Tekne Tasarımı ve Seyir Simülasyonları . Çevre İklim ve Sürdürülebilirlik , 1 (1) , 41-54 . Retrieved from https://dergipark.org.tr/en/pub/itucis/issue/68628/1050691.

Özet

Mevcut bir yelkenli deniz aracının karbon salınımı yapan sistemleri incelenmiş, tekne performans değerleri belirlenmiş ve “sıfır emisyon” hedefi ile yelkenli deniz aracına entegre yenilenebilir enerji sistemleri ve tasarım değişiklikleri çalışılmıştır. Gerçek meteorolojik şartlar ve işletim senaryoları ile enerji üretimi, depolanması ve tüketimi simülasyon analizleri ile gösterilmiştir. Yenilenebilir enerji üretim birimleri iki kaynak grubu olarak değerlendirilmiştir. İlk grupta, statik enerji üretim sistemleri olarak adlandırılan ve teknenin seyir, demirde bekleme veya limanda bağlı iken enerji üretebilen sistemleri içermektedir. Bu kısımda güneş enerji panelleri ile iki rüzgâr türbini tasarımda kullanılmıştır. Dinamik enerji üretim sistemleri olarak adlandırdığımız ikinci guruptaki birimler, teknenin yelkenli seyri esnasında su akışı enerjisinden faydalanmak amacıyladır. Bunlar, iki adet su türbini ile itici ve aynı zamanda enerji üretici birimi olarak da çalışabilen bir elektrik motorunu içermektedir. Her bir enerji üretim sistemi tasarımları performans ve 3-boyutlu yerleşim bakımından değerlendirilmiştir.

Önerilen sistemin doğrulaması üç ayrı senaryo analizi ile gerçekleştirilmiştir. İlk iki senaryo ile Marmara denizinde tipik yelkenli tekne operasyonlarının yapılabildiği gösterilmiştir. Üçüncü senaryo olan acil durum senaryosu ile gün içerisinde, rüzgar şiddeti sıfır iken ve tamamen dolu bataryalar ile, seyir senaryosu programı yürütülmüş ve bataryaların %35 enerji kullandığı hesaplanmıştır. Bu senaryo çalışmaları ile normal yat tipi bir teknenin tüm operasyonlarının tasarımı çalışılan yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılandığı gösterilmiştir. Teknenin tüm operasyonlarında karadan elektrik bağlantısı gerekmediği gösterilmiştir.

Abstract

The carbon emission systems of an existing sailing vessel were examined, the boat performance values were determined, and additional renewable energy systems and design changes were studied for obtaining “zero emission”. Real meteorological conditions and operating scenarios have been determined and accordingly, energy production, storage and consumption have been demonstrated by simulations. Renewable energy production units are evaluated as two resource groups. In the first group, there are systems called static energy generation systems and that can generate energy both while the boat is underway, at anchor or in port. In this section, solar energy panels and two wind turbines are evaluated in the design. These units, called dynamic energy generation systems, are intended to benefit from the energy of the water flow during the sailing of the boat. These include two water turbines and an electric motor that can act as a propulsion and also an energy generating unit. Each power generation system has been evaluated for both performance and 3-dimensional positioning.

The verification of the proposed system was carried out with three different scenario analyzes. With the first two scenarios, it has been shown that typical sailboat operations can be performed in the Sea of Marmara. With the third “emergency scenario”, a navigation program was developed and simulated during the day, when the wind speed was zero and with fully charged batteries, and it was calculated that only 35% of battery energy was used. With these scenario studies, it has been shown that all operations of a normal yacht are covered by the renewable energy sources studied. It has been shown that no shore connection is required in any boat operation.

Geleneksel yelkenli yat tipi mevcut teknenin bir yan görünümü.

Keywords: Marine Vehicles, Zero Emission, Renewable Energy Resources, Propulsion System, Water Turbines.

Şekil: Türbinlerin ve diğer enerji kaynaklarının tekne üzerindeki konumu: Yan görünüm.

Link for the full manuscript: https://dergipark.org.tr/en/pub/itucis/issue/68628/105069.

TÜBİTAK Projesi ile Dalga Enerjisinden Elektrik Üretilecek

AQUA VISION ENERGY firması tarafından TÜBİTAK projesi olarak geliştirilen “Açık Deniz ve Okyanus Dalga Enerjisi Dönüştürücü Sistemin Geliştirilmesi ve Prototip Üretimi” adlı çalışmada sona gelindi.

TÜBİTAK desteği ile off-shore (açık deniz) dalga jeneratörü geliştiren Sayın Gemi Makineleri İşletme Mühendisi Özer Çakır’ın cihazının ileri testleri İstanbul Teknik Üniversitesi Denizcilik Test Uygulama ve Araştırma Merkezi (İTÜ DETAM) Tuzla yerleşkesinde gerçekleştirildi. Teknolojinin 2 yıl içerisinde ticari kullanıma girebileceği bilgisini veren Çakır, geliştirdiği teknolojinin dünyadaki rakiplerine kıyasla çok daha kısa sürede kendini amorti edebileceği bilgisini verdi.

Aqua Vision - Deniz Dalgasından Elektrik Enerjisi Üretimi Özer Çakır
Dalga Enerjisi
İTÜ Denizcilik Fakültesi
Marine Equipment Test Center
İTÜ Denizcilik Test Uygulama ve Araştırma Merkezi (İTÜ DETAM)
İTÜ Denizcilik Fakültesi’de Aqua Vizyon Enerji sistemininin testlerine başlangı. görüntüsü.

25 yıldır okyanus aşırı taşımacılık yapan gemilerde baş mühendis olarak çalışan, Gemi Makineleri İşletme Mühendisi Özer Çakır, dalga enerjisini elektrik enerjisine çeviren bir teknoloji geliştirdi.

Sabah gazetisine röpörtaj veren Özer Çakır, “Dalga enerji yoğunluğu rüzgara göre 2 kat, güneş enerjisine göre 10 kat daha yoğundur. Rüzgar ve güneş enerjisi yıllık kullanım oranı yüzde 30-35 iken yılda ortalama 120-130 gün yararlanılabilir. Dalga enerjisinin yıllık kullanım oranı yüzde 80-90 olup yılda ortalama 300-320 gün yararlanılabilir. Enerji halısı adını verdiğimiz sistemimiz, çalışma döngüsünde emisyon üretmez, ürettiği 13 KWH enerji için çevreye 1 ağacın bir günlük katkısına eş değer katkı sağlar. Enerji halısı 1 KW enerji için güneş panellerine göre onda 1, rüzgar türbinlerine göre de onda 5 oranında daha az bir alana ihtiyaç duyar” dedi. 11.11.2021 tarihli SABAH gazetesi haberi için tıklayınız.

MAVİ VATANDAN ENERJİ ALABİLİRİZ

Dalga enerjisinin rüzgar ve güneş enerjisine nazaran çok daha yoğun bir potansiyele sahip olduğunu belirten Çakır, “Ülkemizde yerleşim alanlarının dışında kalan 1652 kilometrelik sahil şeridinde ve kendi karasularımızda, mavi vatan sathında, yerli ve milli bir tasarım ile geliştirilen çevrim sistemimiz, kendi denizlerimizdeki enerjiyi kullanılabilir hale getirecektir.

Ozer Cakır Gemi Makineleri İşletme Mühendisi Aqua Vision Energy GDS Engineering R&D
Gemi Makineleri İşletme Mühendisi Özer Çakır

Gemi Makineleri İşletme Mühendisi Özer Çakır‘ın AQUA VİZYON ENERJİ firmasındaki bu çalışmasına;

Gemi Makineleri İşletme Mühendisi Adem Güleryüz dayanımlı mekanik üretimler, entegrasyon ve testler konusunda,

Elk. Elektronik Müh. Serkan Sezen ve Fuat Kılıç, sistem elektrik ve kontrol konularında,

Gemi Makineleri İşletme Mühendisi Doç. Dr. Alper Kılıç, deniz yapıları konusunda, ve

İTÜ Öğretim Üyesi ve İTÜ DETAM Merkez Müdürü Dr. İsmail Çiçek, optimizasyon ve verim konularında

projeye destek vermişlerdir.

Özer Çakır Bey’i başarısından dolayı tebrik eder, sanayi uygulamalarına örnek olması ve projenin başarılı bir şekilde hayata geçirilmesini dileriz.

Dr. İsmail Çiçek, İTÜ DETAM, Merkez Müdürü
İTÜ Denizcilik Fakültesi kampsündeki testler esnasında bir görüntü

PROJE KÜNYESİ

  • Proje Adı: Açık Deniz ve Okyanus Dalga Enerjisi Dönüştürücü Sistemin Geliştirilmesi ve Prototip Üretimi
  • Proje Türü: TÜBİTAK Projesi (1507), 2020-2021
  • Proje Yürütücüsü: Özer Çakır, Gemi Makineleri İşletme Mühendisi

PROJE ÖZETİ

Dalga enerjisi rüzgar ve güneş enerjisine nazaran çok daha yoğun bir potansiyele sahiptir. Ülkemizdeki dalga enerjisi potansiyeli kullanımı ile, yerleşim alanlarının dışında kalan 1652 kilometrelik sahil şeridi ve karasularımızda, mavi vatan sathında, yerli ve milli bir tasarım ile geliştirilen çevrim sistemi, Türkiye denizlerimizdeki enerjiyi kullanılabilir hale getirecektir.

Fikir, Proje Yürütücüsü Gemi Makineleri İşletme Mühendisi Sayın Özer Çakır tarafaından düşünülmüş ve projeye dönüştürülmüştür. Proje ile önerilen teknoloji dünyadaki rakiplerine kıyasla daha avantajlı olup sistemin öncelikle kendi sektöründeki diğer sistemlerin amorti süreleri ile karşılaştırması yaılacaktır. Sektörde kendini en kısa sürede amorti eden sistem yaklaşık 12 yıl ile Oscillating Water Columns olup diğer sistemler için bu süre daha da fazladır. Bu sistem ise 7-8 yıllık bir sürede kendini amorti edebileceği şekilde tasarlanıp optimize edilmiştir.

Rakiplerinden farklı olarak sistem, deniz yüzeyinde dalgaların gücüne ve hareketlerine bir arayüz olarak kullanılmış, bu arayüz sayesinde dalga enerjinin döngüsü sağlanmıştır. Yüzey üzerindeki tüm dalga etkileri az kayıp ile enerjiye çevirebilebilmesi için optimizasyon çalışması yapılmış, dönüştürebilen enerji miktarı rakiplerden daha fazla olduğu gösterilmiştir. Sistemi oluşturan malzeme maliyetlerinin düşük olması, sistemin toplam kurulum maliyetini de rakiplerine göre avantajlı hale getirmiştir. Sistemin tasarımsal özelliği sayesinde beklenmedik dalga etkilerine karşı dayanımlı olması istikrarlı ve düzenli çalışması sağlanmıştır. Ayrıcai diğer enerji kayaklarına bakıldığında, güneş pilleri için amorti süresinin 5 yıl civarında, rüzgar türbinleri için ise 7 yıl civarında olduğu düşünülerek çalışılmıştır.