Elektrik Tahrikli Bir Geminin Güneş Enerjisi Destekli Tasarımı ve Analizi

Abstract

Öz: Deniz taşımacılığı, küresel sera gazı emisyonlarının önemli bir kaynağı olarak çevresel sürdürülebilirlik açısından büyük bir tehlike olarak görülmektedir. Özellikle fosil yakıt kullanan dizel motorlu gemilerin, karbon salımı ve hava kirliliği üzerindeki olumsuz etkilerinin görülmesiyle birlikte Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO)’nün de yaptığı regülasyonların sonucu olarak alternatif, çevreci tahrik sistemlerinin geliştirilmesini zorunlu kılmıştır. Bu çalışmada, elektrik tahrikli bir gemi güç sisteminin batarya enerji depolama sistemi içeren bir fotovoltaik (FV) sistem ile bütünleştirilmesi ve performans analizi ele alınmaktadır. Çalışma kapsamında ilk olarak enerji depolama sistemleri ve bu sistemler özelinde batarya teknolojileri ele alınmış, denizcilik sektörünün mevcut emisyon profili, elektrikli gemi teknolojisinin gelişimi ve günümüzden dikkat çeken örnekleri incelenmiştir. Sonraki kısımda ise örnek bir elektrikli vapur üzerinde yapılan konsept tasarım ve PVSOL programı kullanılarak yapılan analizlerle; güneş panellerinden yıllık üretilen enerji miktarı, bu enerjinin gemi elektrik sistemine katkısı, yıllık önlenen karbondioksit miktarı gibi hesaplamalar yapılmakta, potansiyel kazanımları ortaya konulmaktadır. Elde edilen bulgular, yenilenebilir enerji destekli elektrikli gemi teknolojisinin hem çevresel hem de operasyonel açıdan uygulanabilirliğini göstermekte; deniz taşımacılığında daha yeşil bir dönüşüm için önemli bir adım olduğunu ortaya koymaktadır.

Keywords

• Elektrikli Gemi
• Güneş Enerjisi
• Enerji Depolama
• Batarya Teknolojileri
• PVSOL
• Fotovoltaik Sistem

Design and Analysis of an Electric Propulsion Ship with Solar Energy

Abstract

Abstract: Maritime transport, a significant source of global greenhouse gas emissions, is considered a major threat to environmental sustainability. The negative impact of fossil fuel-burning diesel-powered ships, in particular, on carbon emissions and air pollution, coupled with regulations implemented by the International Maritime Organization (IMO), has necessitated the development of alternative, environmentally friendly propulsion systems. This study examines the integration of an electric ship power system with a photovoltaic (PV) system incorporating a battery energy storage system and its performance analysis. The study first examines energy storage systems and, specifically, battery technologies within these systems. The current emissions profile of the maritime sector, the development of electric ship technology, and notable examples from the past are examined. In the next section, a conceptual design of a sample electric ferry and analyses using PVSOL software are used to calculate the annual amount of energy generated from solar panels, its contribution to the ship's electrical system, and the annual amount of carbon dioxide avoided, demonstrating potential gains. The findings demonstrate the environmental and operational viability of renewable energy-powered electric ship technology, demonstrating that it represents a significant step toward a greener transformation in maritime transportation.

Keywords

• Electric Ship
• Solar Energy
• Energy Storage
• Battery Technologies
• PVSOL
• Photovoltaic System

References

1. [1] Öçal, B. 2023. Türkiye ve G8 Ülkelerinin Deniz Ticaret Filoları ve Limanlarının Karşılaştırılması. Yalvaç Akademi Dergisi, 8(1). 20-30.
2. [2] MEPC. I. 2018. Initial IMO Strategy on Reduction of GHG Emissions from Ships. International Maritime Organization, 304(72).
3. [3] Kötz, R., Carlen M. 2000. Principles and applications of electrochemical capacitors. Electrochimica Acta, 45(15-16), 2483-2498.
4. [4] International Electrotechnical Commission. 2011. Electrical Energy Storage, 32s.
5. [5] Supercapacitor Energy Storage System for an all electric ferry – Case study. https://www.nidec-conversion.com/document/supercapacitor-energy-storage-system-electric-ferry-case-study/ (Erişim Tarihi: 28.05.2025).
6. [6] Hadjipaschalis, I., Poullikkas, A., Efthimiou,V. 2009. Overview of current and future energy storage technologies for electric power applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(6-7), 1513-1522.
7. [7] Hou, J., Sun, J., Hofmann, H. 2017. Battery/flywheel Hybrid Energy Storage to mitigate load fluctuations in electric ship propulsion systems. American Control Conference, 1296-1301.
8. [8] Kumar, N. 2015. Superconducting magnetic energy storage (smes) system. Optimization in Power System; Woodhead Publishing Series in Energy, 1-4.

9. [9] Adetokun, B. B., Oghorada, O., Abubakar, S. J. A. 2022. Superconducting magnetic energy storage systems: Prospects and challenges for renewable energy applications. Journal of Energy Storage, 55, 105663.
10. [10] Hernando, C., Munilla, J., García-Tabarés, L., Pedraz, G. 2023. Optimization of high power SMES for naval applications. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 33(5), 1-5.
11. [11] Case Incat Tasmania. https://www.wartsila.com/marine/products/ship-electrification-solutions/case-incat-tasmania (Erişim Tarihi: 28.05.2025).
12. [12] Largest Electric Battery-Powered Containerships Commissioned in China. https://maritime-executive.com/article/largest-electric-battery-powered-containerships-commissioned-in-china (Erişim Tarihi: 28.05.2025).
13. [13] Olson, J. B., Sexton, E. D. 2000. Operation of lead-acid batteries for HEV applications. In Proceedings of the Battery Conference on Applications and Advance, 11–14 Ocak, Long Beach, CA, ABD, 205–210.
14. [14] Hadjipaschalis, I., Poullikkas, A., Efthimiou, V. 2009. Overview of current and future energy storage Technologies for electric power applications. Renew. Sustain. Energy Rev., 13, 1513–1522.
15. [15] Lukic, S. M., Cao, J., Bansal, R. C., Rodriguez, F., Emadi, A. 2008. Energy storage systems for automotive applications. IEEE Trans. Ind. Electron, 55, 2258–2267.
16. [16] Wehrey, M. C. 2004. What’s new with hybrid electric vehicles. IEEE Power Energy Mag., 2, 34–39.
17. [17] Oshima, T., Kajita, M., Okuno, A. 2004. Development of sodium‐sulfur batteries. International Journal of Applied Ceramic Technology, 1(3), 269-276.
18. [18] Açıkgöz, İ. C. 2019. Volan ve Lityum-İyon Batarya Enerji Depolama Sistemlerinin Kıyaslanması ve Hibrit Enerji Depolama Sisteminin Farklı Yük Profilleri Üzerinde Performans Analizi. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik Mühendisliği Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, 18s, İstanbul.
19. [19] DNV, G. 2016. DNV GL handbook for maritime and offshore battery systems. DNV GL. Report, 2016-1056.
20. [20] Lithium-Ion Battery Pack Prices See Largest Drop Since 2017, Falling to $115 per Kilowatt-Hour, BloombergNEF. https://about.bnef.com/blog/lithium-ion-battery-pack-prices-see-largest-drop-since-2017-falling-to-115-per-kilowatt-hour-bloombergnef/ (Erişim Tarihi: 28.05.2025).
21. [21] Wu, D., Wu, F. 2023. Toward better batteries: Solid-state battery roadmap 2035+. Etransportation, 16, 100224.
22. [22] Janek, J., Zeier, W. G. 2023. Challenges in speeding up solid-state battery development. Nature Energy, 8(3), 230-240.
23. [23] Joshi, A., Mishra, D. K., Singh, R., Zhang, J., Ding, Y. 2025. A comprehensive review of solid-state batteries. Applied Energy, 386, 125546.
24. [24] Global Ferry Electrification Accelerates: 70% Of New Orders Go Electric. https://cleantechnica.com/2025/05/05/global-ferry-electrification-accelerates-70-of-new-orders-go-electric/ (Erişim Tarihi: 28.05.2025).
25. [25] How much CO2 does a tree absorb? https://ecotree.green/en/how-much-co2-does-a-tree-absorb (Erişim Tarihi: 28.05.2025).
26. [26] Günay, O., Gülmez, Y., Atik, O. 2016. Yatlarda Kullanılan Güneş Enerjisi Sistemlerinin Tasarımı Üzerine Bir Araştırma. III. Ulusal Deniz Turizmi Sempozyumu, 103-112.
27. [27] Kasaeian, A., Zarkhah, N., Dezfouli, P. A., Samankan, S., Yan, W. M. 2025. A review of the applications of solar photovoltaic in marine vessels and ships. Applied Energy, 396, 126178.