Yenilenebilir Enerji Kaynakları ile Sıfır Emisyonlu bir Yelkenli Tekne Tasarımı ve Seyir Simülasyonları

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

• deniz araçları
• Sıfır Emisyon
• Yenilenebilir Enerji Kaynakları
• Sevk Sistemi
• Su Türbinleri

Teşekkür

Makale araştırma ve yayın etiğine uygun ve yazarlardan Sena Nomak’ın doktora tez çalışmasının bir bölümünden türetilerek hazırlanmıştır. Yazarlar arasında herhangi bir çıkar çatışması bulunmamaktadır.

Kaynakça

1. Alfonsin, V., Suarez, A., Cancela, A., Sanchez, A. & Maceiras, R. (2014). Modelization of hybrid systems with hydrogen and renewable energy oriented to electric propulsion in sailboats, International Journal of Hydrogen Energy, 39, 11763-11773.
2. Alfonsin, V., Suarz, A., Urrejola, S., Miguez, J. & Sanchez, A. (2015). Integration of several renewable energies for internal combustion engine substitution in a commercial sailboat, International Journal of Hydrogen Energy, 40, 6689-6701.
3. Alvar, M. (2016) Rüzgâr-elektrik hibrit konseptinde geliştirilen bir tekne için yatay eksenli su türbini tasarımı. (Yüksek Lisans Tezi). Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
4. Bal, Ş., & Güner, M. (2009). Performance analysis of podded propulsors. Ocean Engineering, 36(8), 556-563.
5. Balestra, L. & Schjølberg, I. (2021). Modelling and simulation of a zero-emission hybrid power plant for a domestic ferry. International Journal of Hydrogen Energy, 46 (18), 10924-10938.
6. Bredariol, G., Garnier, A., Stevens, K. & Foley, A. (2010). SIHG Testing and Analysis. Energy Sustainability, 43949, 547-557.
7. Bucci, V., Mauro, F., Vicenzutti, A., Bosich, D. & Sulligoi, G. (2020). Hybrid-electric solutions for the propulsion of a luxury sailing yacht. 2nd IEEE International Conference on Industrial Electronics for Sustainable Energy Systems (IESES), 280-286
8. Can, U., Delen, C., & Bal, S. (2020). Effective wake estimation of KCS hull at full-scale by GEOSIM method based on CFD. Ocean Engineering, 218, 108052.

9. Carlton, J. (1994). Marine Propellers and Propulsion. Butterworth-Heinemann.
10. Eastlack, E., Klingenberg, S., Lidqvist, A., Faiss, E., Witt, M., Olsson, P., Sauter, R. & Szymanski, S. (2019). Zero Emission Super-Yacht. Fourteenth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER).
11. Ekinci, S. (2011). A practical approach for design of marine propellers with systematic propeller series. Brodogradnja: Teorija i praksa brodogradnje i pomorske tehnike, 62(2), 123-129.
12. Ekinci, S. & Alvar, M. (2016). Sıfır emisyonlu yenilenebilir enerji üreten yelkenli bir tekne için sualtı türbin tasarımı. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 7(3), 537-550.
13. Ekinci, S., & Alvar, M. (2017). Horizontal axis marine current turbine design for wind-electric hybrid sailing boat. Brodogradnja: Teorija i praksa brodogradnje i pomorske tehnike, 68(2), 127-151
14. Electric Energy Ltd. (2021). About D400. 21 Aralık 2021 tarihinde https://eclectic-energy.co.uk/products/d400-wind-generator/ adresinden elde edilmiştir.
15. Ellabban, O., Abu-Rub, H., & Blaabjerg, F. (2014). Renewable energy resources: Current status, future prospects and their enabling technology. Renewable and sustainable energy reviews, 39, 748-764.
16. ePropulsion. (2021). 26 Aralık 2021 tarihinde https://www.epropulsion.com/pod-drive/ adresinden elde edilmiştir.
17. IMO ANNEX 6 Resolution MEPC.280(70). (Adopted on 28 October 2016) Effective Date of Implementation of the Fuel Oil Standard in Regulation 14.1.3 OF MARPOL ANNEX VI.
18. INCOSE. (2015) Systems engineering handbook: A guide for system life cycle processes and activities. Wiley; 4. Edition. 7 Temmuz 2015.
19. Kobougias, I., Tatakis, E. & Prousalidis, J. (2013). PV systems installed in marine vessels: technologies and specifications. Advances in Power Electronics.
20. Lansing, RP. (1933). “Generator Equipment” 1898973.
21. Marlec Engineering. (2021). About The Rutland 1200 Marine Windcharger. 26 Aralık 2021 tarihinde https://www.marlec.co.uk/product/rutland-1200-windcharger/ adresinden elde edilmiştir.
22. Mauro, F., Sorrenti, G., Bonfiglio, L., & Bucci, V. (2018). Integrated design of an eco-friendly luxury sailing super-yacht. In 2018 SNAME Maritime Convention, SMC 2018. Society of Naval Architects and Marine Engineers.
23. National Aeronautics and Space Administration (NASA). (2007). NASA systems engineering handbook. NASA/SP-2007-6105. Rev. 1. December 2007.
24. Reddy, JB. & Reddy, DN. (2004). Probabilistic Performance Assessment of a Roof Top Wind, Solar Photo Voltaic Hybrid Energy System. Annual Symposium Reliability and Maintainability, 654-658.
25. Sebald, R. (1978). Electrical Generator for a Sailboat. 4102291
26. Steward, D.W. (1981). The design structure system: A method for managing the design of complex systems. IEEE Transactions on Engineering Management, 1981: EM-28(3).
27. Sukas, O. F., Kinaci, O. K., & Bal, S. (2019). System-based prediction of maneuvering performance of twin-propeller and twin-rudder ship using a modular mathematical model. Applied Ocean Research, 84, 145-162.
28. Soydan, A., & Bal, S. (2021). An investigation of scale effects on marine propeller under cavitating and non-cavitating conditions. Ship Technology Research, 1-13.
29. Yang, H. N., Lee, G. U., & Shin, C. H. (2019). A Study on the Priority Analysis of Government Support Policies for SOx Emission of Ships. Journal of Navigation and Port Research, 43(2), 86-92.
30. Yilmaz, N. & Cicek, I. (2018) Standart Test Pervanesi Analizleri ile Hesaplı Akışkanlar Dinamiği Analiz Altyapısının Doğrulanması, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi,6(4), 681-690.