Theses supervised by Prof. Dr. Hikmet Esen
10 theses · Fırat University
Yakıt pili-batarya hibrit güç kaynağından beslenen elektrikli araç geliştirilmesi
Günümüzde artan enerji talebi ile birlikte her türlü enerji kaynağı değerlendirilmeye çalışılmaktadır. Enerji talebindeki bu artış ile büyük miktarda fosil yakıtların uzun vadeli kullanımının beraberinde getirdiği çevresel olumsuzluklar yadsınamaz boyutlara ulaşmış ve dünya medeniyetinin gelişiminin karşı karşıya olduğu ortak bir sorun olarak kabul edilmiştir. Tüm dünyada enerji tüketiminde büyük paya sahip olan ulaşım alanında, çevresel zararı en aza indirmek ve fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmak için yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji çözümlerine odaklanılmaktadır. Bu nedenle içten yanmalı araç teknolojilerinden elektrikli araç teknolojilerine doğru bir yönelim söz konusudur. Bu yönelim sonucunda elektrikli araç çözümleri her alanda hızla gelişmektedir. Rekabetçi bir sürüş menzili, kısa yakıt ikmali süresi ve sıfır emisyon ile Yakıt Pilli Elektrikli Araçlar (YPEA'lar), geleceğe ışık tutabilecek araç teknolojileri içinde en olası bir çözüm olarak kabul edilmektedir. Yakıt pilinin güç üretmeye hazır hale gelmesi için miktar zaman ve enerji gerekir ve ani güç gereksinimlerini karışılmakta gecikir dolayısıyla bu dezavantajları eleyebilecek ikinci bir enerji depolama cihazı ile hibritlenmesi gereklidir. Bu ikincil enerji depolama cihazı aynı zamanda pik yükleri ve yüksek güç dinamiklerini de karşılar ve verimliliği artırmak için frenleme enerjisinin geri kazanılmasına olanak sağlar. Bu nedenle bu çalışmada proton elektrolit membranlı yakıt pili ile lityum-iyon batarya elektrikli bir araca birlikte güç sağlamışlardır. Bu tez çalışmasında, yakıt pili-batarya hibrit güç kaynağından beslenen elektrikli araç geliştirilmesi amacıyla MATLAB tabanlı Simscape ile yakıt pilli fişli hibrit elektrikli bir araç modellenmiştir. Bu araç modelinin simülasyonu NEDC, WLTP Class 3, US06, Artemis Motorway 150 ve gerçek sürüş verileriyle oluşturulan ELZ130 sürüş çevrimlerinde yapılmıştır. Bu simülasyonlarla tasarlanan araç farklı çevrim şartlarında çalışmasını kararlı olarak tamamlamış ve çevrimlerden elde edilen veriler ile performans, verimlilik ve bunlarla bağlantılı birçok parametre elde edilmiştir. Simülasyonların en önemli sonuçları arasında tasarlanan aracın yakıt tüketimi ve menzili olup bu değerler NEDC, WLTP ve ELZ130 için sırasıyla benzin eşdeğer tüketimi olarak 2,08, 2,39, 2,44 L/100 km ve menzil olarak 986, 858,6, 841 km olmuştur.
Faz değiştiren madde ile prefabrik yapıların soğutulması
Taşınabilir, ucuz ve kolay kurulum gibi avantajlara sahip prefabrik yapıların en önemli problemlerinden biri bu hacimlerin soğutulmasıdır. Özellikle, şantiye ve kırsal kesimlerde tercih edilen bu yapıların kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. İlgi çekici özellikleri nedeniyle bu yapılar, yaşam alanı olarak da kullanılmaktadır. Bu yapıların soğutulması veya belirli bir sıcaklık değerinde tutulması gerekmektedir. Projenin çıkış noktası söz konusu bu prefabrik yapıların soğutulmasıdır. Kırsal kesimlerde ve şantiye ortamında kullanılan bu yaşam ve depolama alanlarının soğutulması, ciddi bir problem oluşturmaktadır. Güncel olarak uygulanan soğutma sistemlerinin maliyeti yüksektir. Proje kapsamında tasarımı ve imalatı gerçekleştirilecek olan soğutma sistemi ile bu yapıların soğutulması gerçekleştirilecektir. Soğutma sistemi, Faz Değiştiren Madde (FDM) ile entegre edilerek konteyner içerisindeki enerjinin bu maddeler üzerinde depolanması prensibine dayanmaktadır. Söz konusu kontrol hacminin içerisindeki enerjinin FDM ile depolanmasından sonra, ısı atım bacaları ile çevre ortama atılması sağlanacaktır. Kontrol hacim olarak belirlenen yapıların, tasarlanan soğutma sistemi ile soğutulması ve aynı şartlarda ve de herhangi bir soğutma uygulamasının gerçekleştirilmediği bir kontrol hacimden elde edilen veriler karşılaştırılacaktır. Projeden elde edilen veriler neticesinde, ölçüm odası ile referans odası arasında birkaç derecelik sıcaklık farkı olduğu gözlenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, sistemde kullanılan Faz Değiştiren Malzemenin miktarının artırılmasıyla bu farkın daha belirgin bir şekilde arttığı görülmüştür.
Reaktif gücün ve harmoniklerin enerji verimliliği üzerindeki etkileri
Bir ülkenin sosyal ve ekonomik olarak kalkınmasında en önemli destek unsurlarından biri hiç şüphesiz elektrik enerjisidir. Gelişen teknoloji, yükselen yaşam düzeyi ve artan nüfusla birlikte bu enerjiye olan gereksinim her geçen gün büyük ölçüde artmaktadır. Günümüzde elektrik güç sistemleri geniş bir alana yayılmakta ve enerji sistemine çok çeşitli yükler bağlanmaktadır. Bu tip elektrik yükleri doğrusal değildir. Doğrusal olmayan yükler, gerilim ve akım dalga biçimlerinin bozulmasına neden olur. Bunun sonucunda da güç sistemlerinde ek kayıplara, gerilim düşümlerine, rezonans olaylarına, ölçme ve kontrol sistemlerinin hatalı çalışmalarına, cezai durumlara gibi birçok istenmeyen sonuçlar oluşmaktadır. Bu durumların kontrol altına alınabilmesi için enerji kalitesi kavramı oluşturulmuş ve uluslararası standartlar oluşturularak bu sorunların yaşanmaması için tedbirler alınmıştır. Bu çalışmada, çeşitli bölgelerdeki tesislerin analizör yardımıyla ölçümleri yapılmış ve harmoniklerin enerji kalitesi üzerindeki olumsuz etkileri tespit edilerek uygun filtreleme örneği verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Enerji verimliliği, Güç faktörü, Harmonik bozulma, Enerji kalitesi, Harmonik filtre
Nano akışkan destekli toprak kaynaklı ısı pompası sisteminin performans parametrelerinin araştırılması
Sınırlı fosil yakıtlar ve ekonomik faktörler konut veya ticari binaların iklimlendirilmesinde insanları yenilenebilir enerji kullanımına yönlendirmiştir. Ayrıca mevcut karbon emisyonlarını azaltma ihtiyacına bağlı olarak, son yıllarda konut ısıl taleplerini karşılamak için yeni teknolojiler geliştirilmiştir. Bu gelişimlerden payını alan ve yenilebilir enerji kullanan toprak kaynaklı ısı pompaları (TKIP), getirdiği ekonomik ve çevresel avantajlar nedeniyle birçok ülkede mahal iklimlendirme uygulamaları için popüler hale gelmiştir. TKIP'lar, enerji tasarrufu sağlamak amacıyla nispeten kararlı bir yeraltı sıcaklığı kullanan sistemlerdir. Bu çalışmada alüminyum oksit tabanlı nano parçacıklarla hazırlanmış farklı konsantrasyon değerlerine (literatürde ısıl iletkenlik artışı başarı ile uygulanmış %0,1 ve %0,2) sahip nano akışkanların (NA) toprak altı ısı transfer değişim oranları incelenmiştir. Çalışmada ilk kurulum maliyetini düşürmek ve maliyet/verim arasındaki dengeyi sağlamak amacıyla yatay toprak ısı değiştirgeçleri (TID) tercih edilmiştir. Yatay TID'lar U-tip, spiral ve slinky vb. gibi farklı tasarımlara sahiptir. Yapılan çalışmalar incelendiğinde bu tasarımlar arasında birim boyu başına ısı değişim oranında öne çıkan iki tasarım U-tip ve sprial TID'dır. Çalışmada bu tasarımların yaz ve kış şartlarına göre ayrı ayrı performansı karşılaştırılmış, enerji ve ekserji verimlilikleri hesaplanmış, toprak sıcaklık dağılımları ve TKIP sistemi COP değerlerine göre sistem verimliliği analiz edilmiştir. Deneyler için Sivas Cumhuriyet Üniversitesi yerleşkesi içinde 21 m2'lik bir test odası hazırlanmış ve bu odaya TKIP sistemi kurulmuştur. Isıtma ve soğutma deney sonuçlarına göre %0,1 konsantrasyona sahip nano akışkan en yüksek başarımı sağlamıştır. Bu artış TID tasarımından bağımsız olarak deneysel olarak incelenen her iki TID tasarımı için de geçerlidir. Ayrıca analiz sonuçlarına göre U-tip TID, spiral TID'dan daha başarılı sonuçlar göstermiştir. Sonuç olarak TKIP sistemi için TID'larda düşük oranlarda NA kullanımının TID tasarımdan bağımsız olarak performans artışı sağladığı belirlenmiştir.
Spektral ışın ayırıcılı yoğunlaştırılmış fotovoltaik/ısıl hibrit kolektör ile hidrojen üretiminin araştırılması
Hidrojen yüksek enerji içeriğine sahip olması ve çevreye zararı olmayan bir element olması nedeniyle geleceğin sentetik yakıtı ve enerji taşıyıcısı olarak görülmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları ile elde edilebilen hidrojen düşük sistem verimlilikleri ve yüksek maliyetlerden dolayı genellikle fosil kaynaklardan elde edilmektedir. Temiz ve sürdürülebilir çevreye geçişin anahtarı, yenilenebilir enerji kaynaklarını yüksek verimliliklerde kullanmaktan geçmektedir. Bu tez çalışmasında güneş enerjisinden yüksek verimliliklerde hidrojen üretimi için spektral ışın ayırıcılı yoğunlaştırılmış fotovoltaik/ısıl (SBS-CPV/T) hibrit kollektör önerilerek yüksek sıcaklıklarda hidrojen üretim potansiyeli araştırılmıştır. 765X yoğunlaştırma altında tasarlanan 3 eklemli GaInP/GaInAs/Ge CPV güneş hücresinin kullanıldığı Cassegrain tipi SBS-CPV/T hibrit kollektörün Elazığ ili iklim şartları altında ısıl ve elektrik dönüşüm verimlilikleri sırası ile % 2,86 ve % 32,39 olarak bulunmuştur. Katı oksit elektrolizör ile hidrojen üretimi gerçekleştirilmesi durumunda SBS-CPV/T hibrit kollektörün toplam hidrojen dönüşüm verimliliği % 33,3 olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlar, geleneksel PV-elektrolizör sistemlerine kıyasla yaklaşık üç kat daha yüksek bir hidrojen dönüşüm verimliliği sağlandığını göstermektedir. Bu da Cassegrain tipi SBS-CPV/T hibrit kollektörün, hidrojen üretimi için umut vaat eden bir teknoloji olduğunu göstermektedir.
Dört farklı yönde kurulu aynı özellikteki güneş enerjisi santrallerinin parametrelerinin karşılaştırılması
Bu tez çalışmasında Samsun ilinde kurulmuş dört farklı yönde yerleştirilmiş dört adet birer MW'lik Güneş Enerjisi Santrali (GES)'nin elektriksel hesaplamalarının analizleri yapılarak çeşitli parametreler yönünden kıyaslanması gerçekleştirilmiştir. Santrallerin 2021 ve 2022 yılları için elde edilen günlük üretim verileri tezde kullanılmıştır. Bu sayede 4 farklı yön için geniş kapsamlı bir veri kaynağı elde edilmiştir. Santrallerden alınan sıcaklık, bağıl nem, rüzgâr hızı, panel yönü, panel açısı ve kirlilik gibi değerler günlük ve aylık periyotlarda alınan değerlerdir. Işınım değerlerinin düştüğü ayları incelediğimiz üretim değerlerini etkileyen etkenlerin iklimsel etkiler olduğu görülmüştür. Ana etkenin ışınım eksikliği olduğu durumlarda güneşin dünyaya geliş açısı 23 Eylül tarihlerinde düşmeye başlamış ve 21 Mart tarihinde ise yükselmeye başlamıştır. Bu tarihler arasında kaydedilen durum, Batı ve Doğu arasındaki üretim farklarının bir değişkenlik göstermeyişidir. Üretim farkları Kuzey ve Güney yönleri arasında % 30-55 arasında değişiklik göstermiştir. Farkın en belirgin ayları, güneş ışınlarının Kuzey yarım küreye en eğik geldiği Aralık ve Ocak aylarıdır. GES'lerin farklı çatı yönlerine göre Karadeniz iklimi için kurulumunun fizibilite çalışması da ileriye dönük yapılarak, yaşanabilecek doğa olaylarına verilen tepkiler tavsiye olarak raporlanmıştır.
Faz değiştiren malzeme içeren kendiliğinden yerleşen hafif agregalı harçların ısıl ve dayanıklılık özelliklerinin incelenmesi
Enerji tüketiminin ve CO2 emisyonlarının artması gibi problemler enerjinin verimli kullanılmasına yönelik çalışmaların artmasında etkili olmuştur. Özellikle konutlarda meydana gelen enerji tüketimi dikkate alındığında tüketilen enerjinin büyük bir kısmını ısıtma, soğutma gibi konfor uygulamalarının oluşturduğu görülmektedir. Bu nedenle konutlarda enerji verimliliğini arttırmak için yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanmak, bu kaynakların kullanımını daha verimli hale getirmek ve ısıl enerji depolama sistemlerini kullanmak araştırılması gereken önemli bir konu olmuştur. Bu tez çalışmasında; bina enerji verimliliğini arttırmayı sağlayacak enerji depolama özelliği olan yenilikçi harçlar üretilmesi amaçlanmıştır. Harçlara enerji depolama özelliği kazandırmak için geri dönüşümlü kumun destek malzemesi olarak kullanıldığı kompozit faz değiştiren malzemeler üretilmiştir. Kompozit faz değiştiren malzemeler kendiliğinden yerleşen harç karışımında agregayla belirli oranlarda yer değiştirilerek kullanılmış ve 48 farklı harç karışımı tasarlanmıştır. Üretilen harçlara ısıl enerji depolama özelliği kazandırılırken, aynı zamanda dayanıklılık özelliklerinin de incelenmesi amaçlanmış ve çok yönlü bir çalışma yürütülmüştür. %0, %15, %30 ve %45 oranlarında kompozit faz değiştiren malzeme içeren harç örneklerinin ısıl karakterizasyonu DSC analiziyle incelenmiştir. Ayrıca harçlarda silis dumanı ve uçucu külün de etkisi araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar, kompozit faz değiştiren malzemelerin kendiliğinden yerleşen harç karışımlarına enerji depolama özelliği kazandırdığını göstermiştir.
Toplu taşımada elektrikli araçların emisyonlara etkisinin değerlendirilmesi: Türkiye örneği
Türkiye'de toplu taşımada kullanılan dizel yakıtlı otobüs ve minibüs filosunun tamamının elektrikli araçlara dönüştürülmesi durumunda, karbon emisyonlarında meydana gelecek değişim analiz edilmiştir. Araştırmada öncelikle içten yanmalı motorlu araçların yıllık karbon salınımı; taşıt sayısı, taşıt-kilometre istatistikleri ve yakıt türlerine göre belirlenmiş resmi emisyon faktörleri kullanılarak hesaplanmıştır. Elektrikli araç senaryosu ise Türkiye'nin elektrik üretim kaynak yapısı dikkate alınarak oluşturulmuştur. Elektrikli araçların ortalama 0,6 kWh/km enerji tükettiği varsayılmış ve Türkiye elektrik şebekesinin yenilenebilir, kömür ve doğalgaz oranlarına göre oluşan karbon yoğunluğu temel alınarak Kaynaktan Tekerleğe (KTT) yöntemine göre emisyon hesaplamaları yapılmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda 2022 yılı itibarıyla otobüs ve minibüs filosunun içten yanmalı motorlarla oluşturduğu yıllık karbon emisyonu 12.521,57 GgCO₂ olarak belirlenmiştir. Tüm filonun elektrikli araçlara dönüştürülmesi durumunda bu değerin 7.209,55 GgCO₂'ye düşeceği öngörülmüştür. Bu da yaklaşık %42,4 oranında bir azalma anlamına gelmektedir. Elde edilen sonuçlar, Türkiye'de toplu taşımanın elektrikli araçlar ile yeniden yapılandırılmasının, ülke çapındaki karbon emisyonlarının azaltılmasında önemli bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.
Güneş enerjisi destekli hibrit kojenerasyon sisteminin deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Enerjinin ülkelerin ilerlemesinde en önemli etkenlerden biri olduğu bilinmektedir. Devletlerin bağımsızlıklarını belirleyen girdiler sıralamasında ilk sırada yerini alabilmektedir. Geleneksel enerji amaçlı kullanılan fosil tabanlı enerji kaynaklarının dünya genelinde rezervlerinin azalması, sürekli artan girdi maliyetleri nedeniyle yenilenebilir enerji kaynaklarına ve sistemlerine yönelişler gün geçtikçe artmaktadır. Ayrıca fosil tabanlı kaynakların küresel ısınmaya neden olup iklim değişikliği başta olmak üzere insanlar ve diğer canlılar üzerindeki negatif etki sebebiyle yenilenebilir enerji kaynakları ile ilgili çalışmalar ve stratejiler gün geçtikçe artmaktadır. Teknolojinin çok hızlı ilerlemesi yaşam şartları üzerindeki olumlu etkisi nedeniyle nüfus artışını, şehirleşmeyi ve çok yüksek oranda enerji kullanımını beraberinde getirmiştir. Dünya genelinde konutların ısıtma ve soğutulmasında kullanılan enerji tüketimi ciddi boyutlara ulaşmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının her an aynı potansiyelde bulunamaması depolama veya hibrit bir sistem dâhilinde enerji güvenirliği açısından yenilenebilir ve fosil tabanlı sistemlerlebirlikte kullanılması sonucunu doğurmaktadır. Böylelikle depolama maliyetlerinin düşmesine ve sistemde birden çok yenilenebilir enerji kaynağının kullanımına olanak verir. Bu çalışmada, Elazığ ilinin Harput Mahallesinin kırsal yerleşkesinde enerji hatlarına uzak bir yaşam alanının hibrit ısıtma sistemi ile yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisini kullanarak ısıl konfor şartlarında tutulması amaçlanmaktadır. Ayrıca sistem bileşenlerinden olan fotovoltaik panel, vakumlu güneş kollektörünün enerji ve ekserji analizleri de hesaplanmıştır.
Türkiye'de otomotiv sektörünün karbon ayak izi: satış verileri ile gelecek senaryolarının modellenmesi
Bu tez, 2021–2024 dönemine ait Otomotiv Distribütörleri ve Mobilite Derneği (ODMD) satış verilerini kullanarak Türkiye otomotiv sektörünün emisyon profili, marka performansı, teknolojik dönüşüm süreci ve politika etkilerini kapsamlı bir şekilde analiz etmektedir. Mevcut çalışmalardan farklı olarak, üretim veya tescil verileri yerine satış verilerine dayalı bir yaklaşım benimsenmiş ve böylece piyasa odaklı bir değerlendirme yapılmıştır. Bulgular, elektrikli araç teşvikleri, emisyon standartlarının uygulanması, şarj altyapısının geliştirilmesi, tüketici farkındalığı ve AB mevzuatına uyum süreçlerine ilişkin veri temelli politika önerileri sunarak politika yapıcılar için pratik katkılar sağlamaktadır. Araştırma kapsamında, 919.156 araç satışına ait emisyon verileri incelenmiş, ağırlıklı ortalama CO₂ değerleri hesaplanarak zamansal ve kategorik eğilimler analiz edilmiştir. Araçların 0–120, 121–150, 151–180, 181–200 ve 200+ g/km aralıklarındaki dağılımları değerlendirilerek pazarın çevre dostu araçlara yönelimi ortaya konmuştur. Ayrıca mevsimsel değişimler, aylık dalgalanmalar ve yıllık büyüme oranları analiz edilerek emisyon dinamiklerinin gelişimi açıklanmıştır. Bu kapsamlı analiz, Türkiye otomotiv sektörünün mevcut emisyon durumunu ortaya koymakta ve gelecekte yapılacak araştırmalar için güçlü bir temel sunmaktadır. Son olarak, 2025–2035 dönemi için geliştirilen dört farklı senaryo ile Türkiye'nin emisyon azaltım hedeflerine ulaşma potansiyeli ve alternatif politika yaklaşımlarının etkileri karşılaştırılmıştır.