Gemilerdeki Egzoz Atık Isının Termoelektrik Jeneratörler ile Geri Kazanılması

Yıl 2022, Cilt: 1 Sayı: 1, 43 - 59, 30.06.2022

Ali Yoluş Gökhan Kayan Şeyma Yılmaz İsmet Tıkız

Öz

Enerji verimliliği, günden güne önemini artırarak devam etmektedir. Çevreye verilen zararın azaltılmasına yönelik getirilen kurallar ve yakıt fiyatlarındaki artış yakıttan tasarruf çalışmalarının yapılmasına neden olmaktadır. Gemilerde enerji giderleri göz önüne alındığında ilk olarak göze çarpan, enerji kaybının yaklaşık %25’ini oluşturan egzoz gazları olduğu görülmektedir. İçten yanmalı bir motorlarda piston üzerinde oluşan ısıl gücün yaklaşık %70’lik kısmı soğutma ve egzoz gazları ile kaybedilmektedir. Bu sebeple egzoz gazı ile atılan enerjinin geri kazanım yöntemleri önem kazanmaktadır. Yakıt masrafları, gemideki giderlerin büyük kısmını oluşturmaktadır. Enerji kazanım yöntemleri ile yakıt tasarrufu sağlanacağı gibi çevreye salınan zehirli gazların (CO2, NOx ve SOx) miktarında azalma görülecektir. Atık ısı geri dönüştürme sistemleri, alternatif enerji kaynakları olarak günümüzde yaygınlaşmaktadır. İçten yanmalı motorların egzozundan atılan atık ısı enerjisi, termoelektrik jeneratörler kullanılarak geri dönüşüm sağlanabilmektedir. Gemilerde egzozdan atılan ısının termoelektrik jeneratörler ile geri kazanılması, yakıt tasarrufu sağlamak ve zararlı gaz salınımlarını azaltmak için alternatif yeşil enerji teknolo*jisi olmaktadır. Bu çalışmada 5 silindirli, 4900 kW gücünde bir motorun atılan egzoz ısısının termoelektrik jeneratörleri ile geri kazanılması hedeflenmektedir. Model alınan gemi ana makinasının çıkışında bulunan egzoz manifold borusu arasına Rhinoceros 3D CAD programı kullanılarak dikdörtgen prizma modellenmiştir. ANSYS Workbench analiz programı kullanılarak, prizma üzerine yerleştirilen termoelektrik jeneratörler ile atık ısıdan elektrik enerjisi geri kazanım analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda, tasarlanan dikdörtgen prizmanın dört yüzeyine yerleştirilecek 11520 adet termoelektrik modülü ile toplamda saatte 792,8 kW güç elde edilebildiği hesaplanmıştır. Bu değer, gemi ana makina gücünün %16,17 ’sını oluşturmaktadır.

Anahtar Kelimeler

Termoelektrik Jeneratörler, Atık Isının Geri Kazanımı, İçten Yanmalı Motorlar, Gemilerde Enerji Verimliliği.

Recovery Waste Heat on Exhaust of Ship with Thermoelectric Generators

Öz

Energy efficiency continues to increase its importance day by day. The rules for reducing the damage to the environment and the increase in fuel prices are shown as reasons. Considering the energy costs in ships, the first thing that stands out is the exhaust gases, which constitute approximately 25% of the energy loss. Approximately 70% of the thermal power generated on the piston in an internal combustion engine is lost by cooling and exhaust gases. For this reason, the recovery methods of the energy thrown by the exhaust gas are important. Fuel costs constitute the majority of the expenses on board. With energy recovery methods, fuel savings will be achieved and the amount of toxic gases (CO2, NOx and SOx) released to the environment will decrease. Waste heat recycling systems are becoming widespread today as alternative energy sources. Waste heat energy discharged from the exhaust of internal combustion engines can be recycled by using thermoelectric generators. Recovering the heat expelled from the exhaust on ships with thermoelectric generators is an alternative green energy technology to save fuel and reduce harmful gas emissions. In this study, it is aimed to recover the exhaust heat of a 5-cylinder, 4900 kW engine with thermoelectric generators. The rectangular prism was designed and added using the Rhinoceros 3D CAD program between the exhaust manifold pipe located at the exit of the modeled ship's main engine. By using the Ansys Workbench analysis program, analyzes of generating electrical energy from waste heat were carried out with thermoelectric generators placed on the prism. As a result of the analyzes made, it has been calculated that a total of 792,8 kW of power per hour can be obtained with 11520 thermoelectric generators to be placed on the four surfaces of the designed rectangular prism. It constitutes 16,17% of the ship's main engine power.

Anahtar Kelimeler

Thermoelectric Generators, Waste Heat Recovery, Internal combustion engines, Waste Heat Conversion, Energy Efficiency on Ships.

Kaynakça

• Akman, S. (2017), Pistonlu Kompresörlerde Enerji Verimliliği ve İşletme Maliyetlerinin Düşürülmesi. Maltepe Üniversitesi, İstanbul.
• Asal, Ö. ve Özkaymak, M. ve 2014). Atık Baca Gazı Kullanımı ile Termoelektrik Jeneratörlerde Elektrik Üretiminin Faydalı Kullanımının Deneysel İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 259-298,
• Aydın, A. (2014), Türkiye’de Depo Gazından Enerji Yönetimi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Baysal, R. (2008). Akıllı Binalarda Enerji Yönetimi ve Kontrolü. Süleyman Demirel Üniversite. Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
• Bozkurt, Y. ve Şahin, M. (2015). Gemilerde Kaynaklı Yapılarda Isı Yalıtımı. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi.
• Çalışır, O. (2014), Termoelektrik Jeneratörlerde Atık Isı Kullanımına Bir Uygulama: PEM Yakıt Pili Atık Isının Değerlendirilmesi. Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri.
• Çolpan, Ö. ve Konur, O. ve Pamık, M. (2017). Liman Sahasındaki Gemilerde Organik Rankine Çevriminin Yakıt Kazancı ve Egzoz Salımına Etkisi. III. Ulusal Liman Kongresi.
• Değirmen, M. ve Uzun, A. (2018). Endüstriyel İşletmelerde Enerji Verimliliği ve Enerji Yönetimi. Uluslararası Ekonomik Araştırmalar Dergisi.
• Demir, A. ve Güngör, H. (2016). Asansörlerde Enerji Verimliliği ve Rejeneratif Frenlenme Enerjisinin Geri Kazanımı. Asansör Sempozyumu, (121-130), İzmir.
• Ege, U. (2010). Gemilerde Enerji Kalitesinin İncelenmesi. Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
• Efecan, V. ve Gürgen, E. (2019). Gemilerin Sevk/Tahrik Sistemlerinde Kullanılabilecek Alternatif Enerji Kaynakları ve Güncel Yaklaşımlar. 8. Ulusal Lojistik ve Tedarik Zinciri , (23-35), Niğde
• Fakıoğlu, H. ve Sarıca, A. (2018). Trol Gemilerinde Ana Makine Yakıt Tüketiminin Optimizasyonu ve CO2 Emisyonlarının Azaltılması. Türk Denizcilik ve Deniz Bilimleri Dergisi, 116-127.
• Gürcan, A. (2019). Farklı Boyutlarda Termoelektrik Jeneratörlerin Kullanılarak Egzoz Isı Enerjisinin Geri Kazanımı. Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli.
• Güneş, Ü. (2013). Gemilerde Atık Isı Kazanım Yöntemlerinin Teknik ve Ekonomik Yönden İncelenmesi. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Hüsmen, E. (2017). Gemilerde Enerji Verimliliğinin İzlenmesi ve Raporlanması. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Kandemir, P. (2019), Çok Amaçlı Enerji Kullanımının Analizi ve Uygulanması. Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Fakültesi, Bursa.
• Karaman, Ö.U. (2011). Gemilerde Enerji Etkin Makine Dairesi Havalandırması. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Kaya, A.Y. (2019). Gemilerde Enerji Verimliliği Sağlayan Yöntemlerin Uygulanmasına İlişkin Türk Donatan İşletmelerinin Karar Verme Süreçlerinin Analizi. Dokuz Eylül Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, İzmir
• Kaya, A. Y. – Erginer, E.K. (2017). Gemilerde Enerji Verimliliğini Sağlamak ve Sera Gazı Salımlarını Azaltmaya Yönelik Uygulamalar. Dokuz Eylül Üniversitesi Denizcilik Fakültesi Dergisi, 212-233.
• Kaya, D. ve Sapmaz, S. (2017). Basınçlı Hava Sistemlerinde Enerji Verimliliği ve Emisyon Azaltım Fırsatlarının İncelenmesi. Mühendis ve Makina Dergisi, 23-36.
• Keskin, F. (2014). Yakıt Pilli-Bataryalı Hibrid Bir Elektrikli Araçta Enerji Yönetiminin Sağlanması. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Kıral, G. E. (2014), Akıllı Şebekelerde Enerji Yönetimi İçin Akıllı Priz Geliştirilmesi. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Kırçiçek, Y. (2020), Rüzgar ve Akıntı Enerjisinden Oluşan Hibrit Güç Üretim Sisteminde Akıllı Enerji Yönetimi. Karabük Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Karabük.
• Kıyılmaz, M. B. (2019). Sanayide Enerji yönetimi Esasları ve Verimliliğin Araştırılması. Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Muğla.
• Kuleyin, B. ve Tezcan, Ö. (2017). Avrupa Limanlarında Enerji Verimliliği Uygulamaları: Bir Doküman Analizi. III. Ulusal Liman Kongresi.
• Kunt, M. A. (2016). İçten Yanmalı Motor Atık Isılarının Geri Kazanımında Termoelektrik Jeneratörlerin Kullanımı. El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 192-203, Kütahya.
• Kryotherm Katalog. (2018), Erişim adresi: http://kryothermtec.com/catalogs.html, (2018).
• Meral, M. A. ve Teke, A. (2009). Elektrik Tesislerinde Enerji Verimliliği. Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31-37.
• Oktay, Z. Ve Söğüt, Z. (2006). Sanayi Sektöründe Enerji Taramasının Enerji Verimliliğine Etkisi ve Bir Uygulama, Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 151-162.
• Ökmen, A. B. (2020). İçten Yanmalı Motorun Egzoz Atık Isı Geri Kazanımı İçin Termoelektrik Jeneratörün Had Analizi. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
• Özbakır, P. (2006). Enerji Yönetimi. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Özgün, Ö. ve Togöz, N. (2019). Atık Isı Kazanım Sistemlerine Yönelik Literatür Araştırması ve Sanayiden Örnek Vaka İncelenmesi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 57-72.
• Topalcı, Ü. (2017). Taşıt Egzoz Atık Isı Enerjisinden Elektrik Enerjisinin Üretilmesi İçin Termoelektrik Jeneratörlerin Modellenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
• Urul, B. (2012). Hibrit Sistemlerde Enerji Yönetimi ve Optimizasyonu. İnönü Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Malatya.
• Yiğit, K. (2018). Gemi Teknolojisinde Alternatif Enerji Sitemlerinin Kullanım Potansiyelinin İncelenmesi. Gemi ve Deniz Teknolojisi Dergisi, 5-18.
• Yumurtacı, Z. ve Sarıgül, A. (2011). Santrifüj Pompalarda Enerji Verimliliği ve Uygulamaları. MMO Dergisi, 49-58.