Gemilerde Rüzgar Türbini Uygulamasında Optimum Yer Seçimi İçin Bir Benzetim Çalışması: Tanker Gemisi Örneği

Öz

Günümüzde rüzgâr enerjisi, gemilerde sevk sisteminin yanı sıra elektrik enerjisi üretimine de katkı sunmaktadır. Bu çalışmada, gemilere elektrik enerjisi üretimi için kurulabilecek rüzgar türbinlerinden optimum verim alınması konusu incelenmiştir. Bu kapsamda, bir tanker gemisi modellenmiş ve benzetim çalışması yapılmıştır. Gemi güvertesi beş bölgeye ayrılarak, gemideki hangi bölgelerin daha yoğun ve homojen rüzgâr alabileceği tahmin edilmiştir. Bu sayede gemideki optimum rüzgar alanları ve yükseklikleri belirlenmiştir. Böylece, rüzgâr türbininin en uygun alanda maksimum verimle çalışması hedeflenmiştir. Sonuç olarak, incelenen gemi modeli için maksimum rüzgâr hızları sırasıyla baş kasara, ön ana güverte ve vasat bölgeleri olarak belirlenmiştir. Her bir gemi modelinde optimum rüzgar alanının farklılık göstermesi beklenmektedir. Bu nedenle, bu tür yaklaşımların rüzgâr türbini uygulaması yapılacak gemi özelinde gerçekleştirilmesi önem arz etmektedir. Bu çalışma ile benzetim çalışmalarının önemi vurgulanmış olup, bu tür alternatif yaklaşımlar ile gemilerde verimlilik potansiyelinin artırılabileceği ifade edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Gemi
• Rüzgâr Enerjisi
• Rüzgâr Türbini
• Optimum Yer Seçimi

A Simulation Study for Optimum Location Selection in Wind Turbine Application on Ships: A Case Study for a Tanker Ship

Abstract

Today, wind energy contributes to the generation of electrical energy as well as the propulsion system on ships. In this study, the issue of optimum efficiency from wind turbines that can be installed on ships for electrical energy generation has been examined. In this context, a tanker ship was modeled and a simulation study was carried out. By dividing the ship deck into five zones, it was estimated which areas on the ship could receive more intense and homogeneous winds. In this way, the optimum wind areas and heights of the ship were determined. Thus, it is aimed that the wind turbine will operate in the most suitable area with maximum efficiency. As a result, the maximum wind speeds for the investigated ship model were determined as forecastle, fore main deck, and amidship regions, respectively. The optimum wind area is expected to differ for each ship model. For this reason, it is important to carry out such approaches specifically to the ship where the wind turbine will be applied. With this study, the importance of simulation studies has been emphasized, and it has been stated that such alternative approaches can increase the efficiency potential of ships.

Keywords

• Ship
• Wind Energy
• Wind Turbine
• Optimum Location Selection
• Computational Fluid Dynamics

Kaynakça

1. Antai, E. E., & Williams, E. E. (2021). A study to investigate the option of applying a towing kite to an existing tanker vessel as a hybrid propulsion system. International Research Journal of Modernization in Engineering Technology and Science, 03(04).
2. Arca, D., & Keskin Çıtıroğlu, H. (2020). Güneş enerjisi santral (GES) yapım yerlerinin CBS dayalı çok kriterli karar analizi i̇le belirlenmesi: Karabük örneği. Geomatik. doi:10.29128/geomatik.803200
3. Archer, C. L. (2005). Evaluation of global wind power. Journal of Geophysical Research, 110(D12). doi:10.1029/2004jd005462
4. Aydıner, İ, & Öztürk, D. (2021). Coğrafi bilgi sistemleri tabanlı analitik hiyerarşi yöntemi kullanılarak Ege denizi’nde rüzgâr ve dalga enerji sistemleri i̇çin yer seçimi. Deu Muhendislik Fakultesi Fen ve Muhendislik, 23(67), 217-232. doi:10.21205/deufmd.2021236719
5. Birol, Y. E., & Demirgil, B. (2021). Rüzgâr enerjisi üretimi ve ekonomik büyüme i̇lişkisi: AB-15 ülkeleri i̇çin bir panel veri analizi. Erciyes Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi. doi:10.18070/erciyesiibd.952820
6. Ekiz, S., Şirin, A., & Erener, A. (2021). En uygun rüzgâr enerji santrali yerlerinin coğrafi bilgi sistemleri ıle belirlenmesi: Kocaeli ili örneği. Journal of Geodesy and Geoinformation, 9(1), 59-79. doi:10.9733/jgg.2022r0005.t
7. Ionescu, R. D., Szava, I., Vlase, S., Ivanoiu, M., & Munteanu, R. (2015). Innovative solutions for portable wind turbines, used on ships. Procedia Technology, 19, 722-729. doi:10.1016/j.protcy.2015.02.102
8. IRENA, International Renewable Energy Agency. (2022), Wind energy data. Retrieved June 06, 2022, from, https://www.irena.org/wind.

9. Karasu Aşnaz, M. S., & Yüksel, B. (2018). Bir rüzgar enerji santralindeki rüzgar türbinlerinin yerleşimlerinden kaynaklanan güç kayıplarının hesaplanması. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 1-13. doi:10.25092/baunfbed.485820
10. Karipoğlu, F. , Öztürk, S. & Genç, M. S. (2021). Determining suitable regions for potential offshore wind farms in Bandırma Bay using multi-criteria-decision-making method. Mühendislik Bilimleri ve Araştırmaları Dergisi. doi:10.46387/bjesr.900204
11. Kim, T. K., & Yaakob, O. (2016). Adaptation of wind power for ship essential service system onboard. Journal of Transport System Engineering, 08-19.
12. Kurban,M., Kanta,Y. M., & Hocaoglu, F. O. (2007). Weibull dagılımı kullanılarak rüzgar hız ve güç yogunluklarının istatistiksel analizi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(2), 205-218.
13. Kükner, A., & Kaplan, C., (2017). Yenilenebilir enerji kaynakları ve alternatif sevk sistemlerinin yatlarda uygulanması. Gemi ve Deniz Teknolojisi, (204), 73-88.
14. Lu, R., & Ringsberg, J. W. (2019). Ship energy performance study of three wind-assisted ship propulsion technologies including a parametric study of the Flettner Rotor Technology. Ships and Offshore Structures, 15(3), 249-258. doi:10.1080/17445302.2019.1612544
15. Margetta, R. (2021). 2021 tied for 6th warmest year in continued trend, NASA analysis shows. Retrieved April 24, 2022, from https://www.nasa.gov/press-release/2021-tied-for-6th-warmest-year-in-continued-trend-nasa-analysis-shows
16. Moulas, D., Shafiee, M., & Mehmanparast, A. (2017). Damage analysis of ship collisions with offshore wind turbine foundations. Ocean Engineering, 143, 149-162. doi:10.1016/j.oceaneng.2017.04.050
17. Penloup, Q., Roncin, K., & Parlier, Y. (2021). Influence of kite characteristics on propulsive power applied to ship auxiliary propulsion. Journal of Sailing Technology, 6(01), 173-192. doi:10.5957/jst/2021.6.1.173
18. Sarı, S., Dogrul, A., & Bayraktar, S. (2022). The aerodynamic wind loads of a naval surface combatant in model scale. Lecture Notes in Networks and Systems, 68-76. doi:10.1007/978-3-031-05230-9_7
19. Seddiek, I. S., & Ammar, N. R. (2021). Harnessing wind energy on merchant ships: case study flettner rotors onboard bulk carriers. Environmental Science and Pollution Research, 28(25), 32695-32707. doi:10.1007/s11356-021-12791-3
20. Şentürk, A. E., & Elif, O. (2020). Karasal ve deniz üstü rüzgâr çiftliklerinin ekonomik ve çevresel etkilerinin incelenmesi. Gemi ve Deniz Teknolojisi, 28(217), 5-32.
21. Tortumluoğlu, M. İ, & Doğan, M. (2021). Açık deniz rüzgar türbinleri için uygun yer seçim kriterlerinin i̇rdelenmesi ve kuzey ege kıyılarına uygulanması. Deu Muhendislik Fakultesi Fen ve Muhendislik, 23(67), 25-41. doi:10.21205/deufmd.2021236703