Sustainable energy
61 theses under this subject heading
Sürdürülebilir kalkınma temeline dayalı yaşanabilir çevre oluşturulması: Eskişehir Tepebaşı ilçesi örneği
Günümüzde enerjiye olan aşırı talep nedeniyle her türlü enerji kaynağının kullanımı çevresel sorunları da beraberinde getirmektedir. 1992 Rio Konferansı ve 1996 yılında Habitat-2 Kent Zirvesi'nde sürdürülebilirlik ve yaşanabilir çevre oluşumu amaçlarının benimsenmesi günümüzde sürdürülebilir kentsel gelişmenin "ekolojik temele" dayandırılmasını gerektirmektedir. Nitekim tüm bunlar sürdürülebilir kalkınma ve sürdürülebilir kentsel gelişme kavramlarının günümüz ve gelecek kuşaklar için daha iyi bir yaşam kalitesi, ekonomik ve toplumsal kalkınmayla birlikte çevrenin korunması gerekliliğini beraberinde getirmektedir. Bu amaçla örnek model olarak alacağımız Eskişehir Tepebaşı İlçesi bir rol model olarak tercih edilmektedir. Çalışmada sürdürülebilir kentsel gelişmenin, bilhassa kentsel değişim ile beraberinde getirdiği gelişmenin çevreye zarar vermeyecek şekilde yönlendirilmesi açısından ele alınmak istenmektedir. Tepebaşı İlçe Belediyesi, tüm bu aşamaları gerçekleştirirken küresel ısınmanın en önemli unsuru sayılan karbondioksit emisyonu oluşturmamayı ve sera gazı gibi çevresel sorunlara sebebiyet vermemeyi hedeflemesinden dolayı ülkemizde sürdürülebilir çevre ve kalkınma anlayışına hizmet etmede yol gösterici nitelikte olması beklenmektedir. Anahtar Kelimeler: Sürdürülebilirlik, Sürdürülebilir Çevre, Sürdürülebilir Kalkınma.
Thermodynamic, economic and environmental assessments of biogas based district heating and electricity production
This study is, thermodynamic analysis was made and evaluated by using real data of Gaziantep Metropolitan Municipality's Oğuzeli Central Biogas Power Plant, which uses animal waste. In addition, the current situation and potentials of biomass-based power plants in Turkey were examined. At the facility, 150 tons of animal waste is disposed of daily and 14400 m³/day of biogas is produced. With the cogeneration system, 7200 MWh of electricity is produced annually. The total exergy efficiency of the cogeneration system was determined as 22.52%. In the anaerobic digester system, the exergy value of the raw material increases chemically. For this reason, it was not meaningful to calculate the exergy efficiency in the anaerobic digester system for this reason, it did not make sense to calculate the exergy efficiency in the anaerobic digester system. The economic analyzes of the facility were made and the return on investment cost was calculated as 3.7 years.
Hidrojen üretim reaksiyonuna (HÜR) manyetik alan etkisinin incelenmesi ve yeni bir elektroliz hücresi tasarimi
Hydrogen evolution reaction (HER) is defined as producing molecular hydrogen, one of the most studied electrochemical reactions. Hydrogen is a potential energy carrier because of nonpolluting the environment. So, it plays an essential role in clean energy. There are different types of hydrogen gas production methods. In this study, the electrolysis method of water was used for hydrogen production due to its advantages such as high purity, efficiency and ease of use. We focused on a technique based on water electrolysis, known as an oxyhydrogen dry cell. The cell depends on strong types of electrolytes, which can be alkaline media and acidic media. Potassium hydroxide is an alkaline type of solution, and it has a higher dissociation rate of hydrogen; thus, it will be selected for our study. In the HER, electrodes are crucial parts where an electrochemical reaction occurs. The shape and material type of the electrode affect the efficiency of generated hydrogen gas. The shape of a square, circular, and rectangular was performed in the literature, yet we used rectangular shapes. There are many different materials for electrodes, such as graphite, platinum, steel, etc., in literature. 304 stainless steel was used in this study because of its high corrosion resistance, high stability and ease to find it. Specific methods can be applied to get more efficient hydrogen production. A magnetic field is one of them which was added to the cell due to no required additional energy that is supplied by a permanent magnet. Magnetism direction will decide Lorentz force and convection of electrolyte. Finally, the strength of magnetic flux density is another important parameter for evaluating efficiency. It was changed and tried for the best efficiency. The magnetic field positively affects hydrogen efficiency. Furthermore, a developed dry cell system is easily applied for industrial applications.
Design and implementation of single-phase AC-AC matrix converter
In this thesis, the design and experimental implementation of a direct bipolar buck single-to-single-phase matrix converter (SSMC) were studied. A novel control method for SSMCs that improves the performance parameters such as voltage transfer ratio (VTR), output voltage total harmonic distortion (THD), and input current THD was suggested. Secondly, a synchronization algorithm was developed that synchronizes the triggering signals of the power semiconductors with the grid regardless of the synthesized output frequency. Thirdly, the effects of four different carrier-based pulse width modulation (PWM) techniques (sinusoidal PWM, multiple PWM, staircase PWM, and trapezoidal PWM) on the performance parameters of the SSMC were compared in terms of VTR, output voltage THD, output current THD, and input current THD. The simulation and experimental studies were carried out under the conditions when the output frequency is lower, equal, and higher to the input frequency. According to the experimental results, the proposed control method increases the VTR by around 10% and decreases the output voltage THD and input current THD by around 34% and 54%, respectively, for all output frequencies.
Yöresel hayvansal atıklardan (sığır ve tavuk gübresi), şehir şebeke suyu arıtma çamuru ve şehir katı atık sızıntı sularından mikrodalga önişlemi yardımıyla anaerobik eş-sindirimle biyogaz üretiminde deneysel parametrelerin optimizasyonu
Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri, organik maddelerin anaerobik sindirim işleminin bir sonucu olan biyogaz (metan) dır. Yöresel hayvansal atıklardan (sığır ve tavuk gübresi), şehir şebeke suyu arıtma çamuru ve şehir katı atık sızıntı suları gibi hammadde kaynakları, C/N oranları belirlenip literatürde önerilen karışım oranları ile birlikte pH, sıcaklık, hidrolik tutulma süresi, organik yükleme oranı, alkalilik ve uçucu yağ asitliği gibi parametreler dikkate alınarak karıştırılmıştır. Karışım, 900 mL'si aktif kullanılan 1000 mL hacimli çift cidarlı cam reaktörde (batch tipi anaerobik sindirim ünitesi) mezofilik şartlar (35±1 °C) sunan bir su banyosu sirkülatörüne bağlanmıştır. Cam reaktöre, hava sızdırmaz şekilde 40 rpm'de çalışan bir mekanik karıştırıcı monte edilmiştir. Reaktör fermantasyona bırakılmadan önce sisteme 5 bar basıçta 2 dakika süre ile azot gazı basılmış ve oksijen sistemden uzaklaştırılarak anaerobik şartlar sağlanmıştır. Deneylerde 2, 4, 8, 12 ve 24 saat süresince elde edilen biyogazın kompozisyonu Metan (CH4), Karbondioksit (CO2), Oksijen (O2), Hidrojen (H2) ve Hidrojen Sülfür (H2S) olmuş ve Metan (CH4) oranı 24 saatlik eş-sindirim süresinde %86 olarak belirlenmiştir. En yüksek metan üretim hızı ilk 8 saatlik sürede gözlenmiş, söz konusu organik atıklarla metan (biyogaz) üretiminin mümkün olduğu belirlenmiştir. RSM (Response Surface Methodology) yöntemi kullanılarak söz konusu organik atıklar ve süre değişkenlerinin metan gazı oluşumuna etkisi incelenmiştir. Anaerobik eş-sindirim sonrası reaktörde kalan bulamaç, fermente gübre olarak adlandırılmaktadır. Fermente gübrenin ve Çankırı yöresi Eldivan ilçesi tarım toprağının kimyasal analizleri (pH, elementel bileşimi gibi) yapılarak tarımsal üretimdeki durumu incelendiğinde, fermente gübrenin 7,57 pH değeri ile tarım toprağı (ort. pH 8,033) ile yakın bir değer taşıdığı; ayrıca içerdiği %4,49 hümik fümik asit ile tarım topraklarının organik maddelerce zenginleştirilmesinde kullanılabileceği değerlendirilmektedir.
Design, simulation, and experimental implementation of pmsg based wind energy conversion system
In recent years, the increased installed capacity of wind energy has enhanced its share among renewable energy sources. In addition, the development of power electronics-based power converters has accelerated the integration of wind energy conversion systems into renewable energy systems. When the number of levels of multilevel inverters increases, the output voltage harmonics decrease. Moreover, they can operate at low switching frequency and high efficiency. In this study, a five and seven-levels PUC-type multilevel inverter is proposed for PMSG-based wind energy conversion systems. This proposed PUC multilevel inverter has more advantages compared to other multilevel inverters. The designed PMSG-based variable speed wind energy conversion system consists of five main components: three-phase PMSG, three-phase diode rectifier, DC-DC boost converter, PUC multilevel inverter, and load. The proposed PUC multilevel inverter type PMSG-based variable speed wind energy conversion system is designed and simulated. In addition, the design and experimental implementation of the proposed system are carried out in a laboratory environment. In the laboratory environment, the input voltage of the PUC7 and PUC5 type multilevel inverter is determined as 45 V. In addition, the experimental setup is prepared for both five and seven-levels using two different loads. The values obtained from different loads are analyzed and the results are compared electrically.
Sürdürülebilir ekonomik büyüme bağlamında yenilenebilir enerji kaynakları: Avrupa Birliği (AB) ve Türkiye örneği üzerine bir değerlendirme
Enerji, hayatın vazgeçilmez unsurlarından birisidir. İnsanlık, tarih boyunca her zaman enerjiye bağımlı olmuş, hatta yerleşim alanlarını dahi enerji kaynaklarına yakın bölgelere kurmuşlardır. Ancak, günümüzde yüzyıllardır süregelen ve insanlığın kullanımına sunulan enerji kaynakları, gerek bilinçsiz kullanım ve gerekse de hızla artan dünya nüfusu nedeniyle talebi karşılamakta yetersiz kalmaktadır. Bu bağlamda, yenilenebilir enerji kaynakları önem kazanmaktadır. Geleneksel enerji kaynaklarından yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim, hem çevresel etki bağlamında tercih edilmekte hem de ülkelerin ekonomik büyüme performanslarının sürdürülebilirliğini sağlamaktadır. Fosil kaynaklarda dışa bağımlı olan ülkeler muhtemel fiyat artışları durumunda yüksek enflasyon baskısı altında kalmakta ve bu da, ekonomik istikrarı bozmaktadır. Bu tezde, yenilenebilir enerji kaynakları kullanımının ekonomik büyümenin sürdürülebilirliğine katkısı Avrupa Birliği (AB) ve Türkiye ekseninde ele alınmaktadır.
Yenilenebilir enerji, ekonomik büyüme ve rüzgar enerjisine ilişkin bir inceleme: Seçilmiş OECD ülkeleri örneği
Ekonomik büyüme, rüzgar enerjisi tüketimi ve teknolojik gelişmeler birbirleriyle karmaşık ve dinamik bir etkileşim ağı oluşturur. Ekonomik büyüme, enerji tüketimini ve teknolojik gelişmeyi hızlandırırken, teknolojik ilerlemeler, rüzgar enerjisi tüketimini daha verimli ve ekonomik kılabilir. Aynı zamanda, rüzgar enerjisi tüketiminin artışı, ekonomik büyümeyi tetikleyebilir ve yeni teknolojik ilerlemelere yol açabilir. Bu makale, bu üç faktörün birbirleri üzerindeki etkilerini ve bu etkileşimin enerji politikalarına olan potansiyel etkilerini detaylı olarak incelemeyi amaçlamaktadır. Çalışmamızın ülke seçimi; Ülkelerin yenilenebilir enerji yatırım ve dağıtım potansiyeline göre analizlerinin yer aldığı "Yenilenebilir Enerji Ülke Çekiciliği Endeksi (RECAI)" de bulunan ve rüzgar enerjisi verilerine ulaşılabilen; küresel yenilenebilir enerji rehberliğinin aktörlerinden olan Ekonomik Kalkınma ve İşbirliği Örgütü (OECD)' ye mensup ülkeler arasından seçilmiştir. Analizde kullanılan veriler yıllık bazda seçilmiştir ve çalışmada Türkiye' nin de yer alması planlandığından Türkiye' nin rüzgar enerjisi verilerine ulaşılabilen yıl başlangıç yılı olarak baz alınmış, Orta ve İleri Teknoloji Üretim Katma Değeri parametresi verileri' ne de en son ulaşılan yıl 2020 olmasından dolayı çalışmanın yıl çerçevesi 2008-2020 olarak belirlenmiştir. Kişi Başına Gayri Safi Yurtiçi Hasıla (GSYH) verileri ile Orta ve İleri Teknoloji Üretim Katma Değeri verileri Dünya Bankası veri tabanından, Rüzgar Enerjisi Tüketim Oranları ise BP Enerji İstatistikleri veri tabanından alınmıştır. Çalışmamızın analizinde, metodolojik bir yaklaşımla üç aşamalı bir süreç izlemiştir. İlk aşama, kullanılan modelin değişkenlerindeki yatay kesit bağımlılığı ve eğim parametresinin homojenliğinin kontrolüdür. Bu kontrol, 𝐶𝐷𝐿𝑀1, 𝐶𝐷𝐿𝑀2 ve 𝐶𝐷𝐿𝑀𝑎𝑑𝑗 testleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İkinci aşama, serilerin durağanlık hallerinin, Pesaran (2007)' nin ortaya koyduğu CADF birim kök testiyle belirlenmesidir. Sonrasında elde edilen bulgulardan hareketle, üçüncü aşama olarak Westerlund ve Edgerton (2007) eşbütünleşme analizlerinin uygulanmasıdır. Bu analizlerin ardından nedensellik ilişkisini belirlemek için ise Emirmahmutoğlu ve Köse (2011) nedensellik testi uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar neticesinde, ekonomik büyüme ve rüzgar enerjisi tüketimi arasında %10 anlamlılık düzeyinde tek yönlü bir nedensellik ilişkisi olduğu ve bu ilişkinin yönünün ekonomik büyümeden rüzgar enerjisi tüketimine doğru gerçekleştiği tespit edilmiş olup seçilmiş OECD ülkeleri ekonomilerinde "koruma hipotezi" nin geçerli olduğu gözlemlenmiştir. Bu, rüzgar enerjisi kullanımının maliyetli olduğunun bir göstergesidir. Ayrıca panel bazında incelendiğinde, rüzgar enerjisi tüketimi ile orta ve ileri teknoloji üretim katma değeri arasında herhangi bir nedensel ilişkiye rastlanılmamış olup, "yansızlık hipotezi" yaklaşımı geçerlidir. Bunun nedeni, rüzgar enerjisi teknolojilerinin kullanım yaygınlığının yeni ve gelişme aşamasında olmasından kaynaklanmaktadır. Ülkeler bazında tek tek ele alındığında ise hem ekonomik büyüme ile rüzgar enerjisi tüketimi arasında hem de rüzgar enerjisi tüketimi ile orta ve ileri teknoloji üretim katma değeri arasında çeşitli nedensel ilişkiler olduğu tespit edilmiştir. Örneğin; Belçika'da rüzgar enerjisi tüketimi ile orta ve ileri teknoloji üretim katma değeri arasında çift taraflı nedensellik ilişkisine rastlanırken; Fransa, İrlanda, Portekiz ve Avustralya'da nedensellik, rüzgar enerjisi tüketiminden orta ve ileri teknoloji üretim katma değerine doğru gerçekleştiği tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, rüzgar enerjisi yatırımlarına yönelik politika belirleyicilere çeşitli bilgiler sunar ve yenilenebilir enerji sektörünün ilerlemesini teşvik etmek adına bir rehber niteliğindedir. Bürokratik engellerin ve altyapı eksikliklerinin giderilmesi, rüzgar enerjisi alanında yapılacak yatırımların önünü açabilir. Dahası, yenilenebilir enerji yatırımlarını teşvik edici politikaların uygulanması ve bireylerin bu konuda bilinçlendirilmesi, sürdürülebilir enerji kaynaklarının geniş çaplı kullanımına katkı sağlayabilir. Bu, özellikle teknolojik gelişimin, enerji sektöründe sürdürülebilir büyüme ve gelişme için kritik bir öneme sahip olduğu düşünüldüğünde, çok daha fazla anlam kazanır. Teknolojik ilerleme, özellikle yenilenebilir enerji sektöründe, kaynak verimliliğini artırmak, maliyetleri düşürmek ve enerji erişimini genişletmek için kilit bir rol oynamaktadır.
Talep tarafı yönetimi kullanılarak konutlar için merkezi batarya veya elektrikli araç bataryası ile desteklenen PV güç sisteminin boyutlandırılması,enerji yönetimi ve ekonomik analizi
ÖZET Yüksek Lisans Tezi Talep Tarafı Yönetimi Kullanılarak Konutlar İçin Merkezi Batarya veya Elektrikli Araç Bataryası İle Desteklenen PV Güç Sisteminin Boyutlandırılması, Enerji Yönetimi ve Ekonomik Analizi Gül Feray SEZEN Manisa Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Dr.Öğr.Üyesi Kıvanç BAŞARAN Akıllı şebeke ve akıllı mikro şebeke teknolojilerinin gelişmesi geleceğin elektrik güç sistemleri için önemli bir adım olmuştur. Akıllı mikro şebeke sistemlerinde yenilenebilir enerji kaynakları, enerji depolama sistemleri, talep tarafı yönetimi ve elektrikli araçların şebekeye entegrasyonu araştırma konularının temelini oluşturmaktadır. Farklı tip enerji üretim kaynakları ve depolama sistemlerinin kullanılması ve bunların elektrik şebekesine entegrasyonu ile enerji talep tarafının birlikte ele alınması akıllı kontrol ve enerji yönetim sistemlerinin geliştirilmesini zorunlu hale getirmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında özellikle rüzgâr ve güneş enerjisinin kullanımı öne çıkmaktadır. Ancak, şehir içi kurulumlu ya da küçük güçlü sistemler ele alındığında büyük ölçüde güneş enerjisinden yararlanıldığı görülmektedir. Güneş enerjisi de diğer birçok yenilenebilir enerji kaynağında olduğu gibi kesikli enerji kaynağıdır. Bu nedenle, enerji sürekliliğini sağlamak için ya üretilen enerjinin depo edilmesi ya da enerji üretiminin olmadığı zamanlarda şebeke enerjisinin kullanılması gerekmektedir. Elektrik enerjisini depolamak için çoğunlukla akümülatörler (batarya) kullanılmaktadır. Ancak hem bataryaların ömür problemi hem de maliyetleri nedeniyle özellikle şebeke bağlantılı sistemlerde kullanımı tercih edilmemektedir. Bu nedenle bataryaların şebeke bağlantılı sistemlerde ekonomik kullanımı için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalardan, şebeke elektrik enerjisinin pahalı olduğu zaman diliminde yetecek kapasitede batarya kullanımı ile merkezi batarya kullanımı öne çıkmaktadır. Merkezi batarya kullanımında da elektrik dağıtım şirketleri ile mahsuplaşmanın ya da binadaki diğer dairelerin merkezi bataryadan yararlanma ve mahsuplaşma şartlarının belirlenmesi ve bunlara ait yönetmeliklerin çıkartılması gerekmektedir. Son yıllarda elektrikli araç kullanımının hızla artması ve bu araçlarda bir dairenin bir günde ihtiyaç duyacağı batarya kapasitesinin yaklaşık 15-20 katı bataryanın kullanılması, elektrikli araçların akıllı mikro şebekelerde sadece enerji tüketen bir eleman değil aynı zamanda sisteme enerji sağlayan bir eleman olarak kullanımını da gündeme getirmiştir. Enerjinin verimli ve etkin kullanımı büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle, akıllı mikro şebekelerde hem enerji verimli cihazların kullanımı hem de cihazların kullanım zaman aralıkları önemlidir. Binalarda kullanılan cihazların bir kısmı kullanım zamanı değiştirilemez cihazlar olarak sınıflandırılırken bir kısmı da esnek çalışma saatlerine sahip cihazlar olarak sınıflandırılmaktadır. Elektrikli cihazların kullanım zamanlarının ve sürelerinin belirlenmesi ve yönetilmesi sürecine talep tarafı yönetimi denilmektedir. Talep tarafı yönetimi, enerjinin üretilmesi kadar önemli bir süreçtir. Bu nedenle yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı akıllı sistemlerde enerji üretim tarafı ile enerji tüketim tarafı sürekli etkileşim halindedir. Bu tez çalışmasında, bir binanın elektrik enerjisi ihtiyacının merkezi batarya ve/veya araç bataryası destekli fotovoltaik (PV) güç sisteminden karşılanabilmesi için gerekli hesaplamalar ve simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca, incelenen bina da talep tarafı yönetimi için esnek ve sabit çalışma zamanlı cihazlar ve özellikleri belirlenerek talep tarafı yönetimi için gerekli çalışmalar yapılmıştır. Güç sisteminin boyutlandırılması için öncelikle binanın bulunduğu bölgedeki ışınım, sıcaklık gibi meteorolojik verilerin temini sağlanmıştır. Elde edilen bilgiler doğrultusunda ihtiyaç duyulacak PV sistem ve batarya boyutlandırması bir algoritma geliştirmek suretiyle yapılmıştır. Tez çalışmasının temelini geliştirilen bu algoritma ve buna bağlı olarak işleyen enerji yönetim birimi oluşturmaktadır. Batarya destekli PV güç sisteminin optimum boyutlandırması yapıldıktan sonra sistemin ekonomik analizi yapılmıştır. Ekonomik analiz çalışmasında, literatürde en çok kabul görmüş olan seviyelendirilmiş enerji maliyeti (LCOE), net bugün ki değer (NPV) ve amortisman süresi hesaplama teknikleri kullanılmıştır. Sonuç olarak, binanın yıllık enerji ihtiyacı 4.940,811 kWh, bu ihtiyacı karşılamak için 325 Wp gücünde 14 adet PV panel, 15 kWh kapasiteli akü kullanılması gerektiği ve sistemin seviyelendirilmiş enerji fiyatı (LCOE) 0,109094183, sistem geri ödeme süre 15 Yıl, net bugünkü değer (NPV) 34,86171052 olarak hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Talep Tarafı Yönetimi, Yük Tahmini, Merkezi Depolama Sistemi, Elektrikli Araç, V2G Teknolojisi, PV Sistem Boyutlandırma, PV Sistem Ekonomik Analizi
Türkiye, Avrupa Birliği ve Amerika Birleşik Devletleri'nde çevre ve enerji politikalarının analizi
Toplumların gelişiminde enerji tüketimi önemli bir rol oynamaktadır. Yenilenebilir Enerji Kaynakları günlük yaşam için hayati önem taşımaktadır ve enerji ile sanayi ürünleri, ekonomik büyümenin anahtarıdır (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2022). Bu nedenle, bir ülkenin enerji sektörünü yönetenler, enerjinin kesintisiz, güvenilir, zamanında, temiz ve ekonomik bir şekilde teminini sağlamak, aynı zamanda enerji kaynaklarını çeşitlendirerek enerji güvenliğini artırmak zorundadırlar. Klasik enerji kaynakları ve eski teknolojilerin çevreye verdiği zararları önlemek ve enerjiye erişimi temin etmek amacıyla "sürdürülebilir kalkınma" kavramı ortaya çıkmıştır (Pamir, N 2005). Gelişmiş toplumlar, enerji kaynağı teminini ve üretimini esas alan planlamalardan vazgeçerek, enerji-ekonomi-ekoloji dengesini (3E) titizlikle gözeterek kaynak çeşitliliğini ve jeopolitik gerçekleri hesaba katan enerji güvenliği modellerini benimsemeye başlamıştır (Enerji Poltkaları ve Küresel Gelişmeler, emo.org.tr). Son yirmi yılda Türkiye, Ekonomik İşbirliği ve Kalkınma Teşkilatı (OECD) ülkeleri arasında enerji talebinin en hızlı arttığı ülkelerden biri olmuştur (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2022). Bu dönemde, elektrik ve doğalgaz talebindeki artışa bağlı olarak Türkiye, dünyada Çin'den sonra ikinci sırada yer almıştır. Dünya üzerinde ispatlanmış petrol ve doğal gaz rezervlerinin yaklaşık %60'ına komşu bir bölgede bulunan Türkiye, bölgesel bir doğal gaz ve elektrik pazarı haline gelmiştir. Ancak, Türkiye enerji ihtiyacının yaklaşık %74'unu dışarıdan temin etmektedir (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2013). Türkiye'nin enerji stratejisinin çok yönlü yapısı ve enerjiye olan dışa bağımlılığı, uluslararası ilişkilerin bu alandaki önemini vurgulamaktadır. ABD'nin enerji politikaları da dünya genelinde büyük etkilere yol açmaktadır. Özellikle enerji kaynaklarının kullanımı, enerji ticareti ve enerji bağımsızlığı gibi konularda ABD'nin aldığı kararlar, küresel enerji piyasalarını etkilemektedir (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2022). ABD'nin enerji politikaları, uluslararası ilişkilerde önemli bir role sahiptir ve özellikle enerji ihracatı ve ithalatı konularında diğer ülkelerle ilişkileri etkilemektedir. Bu tez calismasinda, Türkiye, ABD, AB icin incelenen tüm senaryolar ve calismalarda net sıfır karbon hedefine ulasilabilmesi icin yenilenebilir enerjiye geçis imkanları belirlenmeye çalışılmıştır. Türkiye, Avrupa Birliği Ülkeleri ve Amerika Birleşik Devletleri için yenilenebilir enerjiye geçişin; güçlü yönleri, zayıf yönleri, fırsatlar, ve tehditler EnergyPLAN ve SWOT analizi yöntemleri ile incelenmiştir
Sürdürülebilir çevre vizyonu açısından Türkiye'nin enerji politikalarında güneş enerjisinin geleceği
Enerji, kalkınmanın en temel sürükleyicilerinden biridir. Sürdürülebilir kalkınma için enerjinin ve diğer girdilerin sürdürülebilir özellikte olması gerekmektedir. Enerji tarafı iyi yönetilemeyen bir kalkınma, çevresel sürdürülebilirlik için risk oluşturmaktadır. Fosil yakıtlar tükenmektedir ve yerine yenisinin oluşması çok uzun zaman gerektirmektedir. Bu nedenle sürdürülebilir kalkınma için bol, ucuz, temiz ve erişilebilir özellikte alternatif enerji kaynaklarına ihtiyaç vardır. Güneş enerjisi maliyetleri giderek düşen, bol, temiz ve erişilebilir bir kaynaktır. Türkiye coğrafi konumu itibariyle güneş enerjisi bakımından avantajlı bir durumdadır. Ülkenin her tarafına yayılmış, evsel ve endüstriyel uygulamalar için yeterli olan güneş enerjisi, Türkiye için önemli bir kaynaktır. Enerjide dışa bağımlı olan ve bu bağımlılığın risklerine karşı Türkiye'nin, güneş enerjisi potansiyelini değerlendirmeye ve enerji arzındaki payını artırmaya yönelik politika ve stratejiler geliştirmesi daha kapsayıcı, daha çeşitlendirilmiş, daha güvenli ve daha temiz bir enerji arzı için gerekli görülmektedir. Bu tez çalışması, sürdürülebilir kalkınma yaklaşımı ile Türkiye'nin enerji ihtiyacını karşılamada ve dışa bağımlılığını azaltmada, güneş enerjisi ile ilgili karşılaşılan sorunları ortaya koyarak güneş enerjisine dayalı ve çevre eksenli temiz enerji arzı için yol gösterici öneriler sunmak amacıyla hazırlanmıştır. Çalışma üç bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çevre, çevre sorunları ve nedenleri ele alınmıştır. İkinci bölümde, konvansiyonel ve yenilenebilir enerji kaynaklarının avantaj ve dezavantajları incelenmiştir. Üçüncü bölümde, Türkiye'nin güneş enerjisi potansiyelini değerlendirmesinin önündeki sorunlar irdelenmiş ve çözüm önerileri getirilmiştir. Anahtar kelimeler: Çevre sorunları, fosil yakıtlar, güneş enerjisi, sürdürülebilir kalkınma, yenilenebilir enerji
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.
The empirical analysis of international climate policies for energy decisions
While the Paris Agreement enforces a radical transformation of energy systems to limit global temperature rise to below 1.5°C, market-based economic instruments, like the European Union Emissions Trading System (ETS) and the Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM), accelerates the internalization of carbon emission costs internationally. This pressure demands transparent, feasible, and comparable planning tools to safeguard supply security while controlling costs. However, significant gaps persist: data-intensive general equilibrium models fall short in responsiveness, and machine learning-based prediction models, as "black boxes", lack sufficient auditability and transparency for policymakers. This dissertation, comprising a complementary series of four papers, aims to fill the identified gap by developing a multi-layered hybrid methodology building on the global energy analysis covering 147 countries and extending it to national dynamics of Türkiye and electricity sector in detail. This study integrates computationally efficient partial equilibrium economics, multi-output machine learning, and optimization methods to provide a controllable trade-off between cost, carbon, and energy security under ETS/CBAM conditions across various carbon price scenarios. It proposes an innovative planning perspective that simultaneously tackles the carbon constraints of the Paris Agreement along with the goals of energy security and fiscal efficiency, through four consecutively structured papers spanning global, national, and sectoral scales. In the first paper, the partial equilibrium model replicates the fossil fuel share of 147 countries from 1997–2014 with an average absolute error of 0.28–0.34%, demonstrating that carbon tax-incentive packages align with the 2°C target without disrupting budget balance. The second paper models the governance update period (GUP) using multilevel machine learning, quantitatively determining an optimal policy cycle that further reduces the fossil share by 6 percentage points. The third paper, scaled to the national level, assesses Türkiye's electricity installed capacity for 2030 by comparing a parametric depreciation model with LSTM/GRU-based deep learning estimates, where the deep learning approach significantly reduces the normalized error rate in hydropower generation. The Green Growth scenario increases the renewable energy share from 56% to 79% while lowering carbon intensity to 160 kg CO₂/MWh. In the fourth paper, multiple output (MO) predictions are integrated with set-covering and two-stage grid-search optimization, reducing the total root mean square error (RMSE) to 0.587, boosting renewable energy capacity by 2.2 times compared to 2024, and enabling the grid-search method to achieve the lowest CO₂ emission profile. The collective findings from these four papers underscore the development of a multi-layered hybrid methodology that delivers three unique contributions: (i) it facilitates seamless integration of global modeling outputs with low computational overhead into national-level machine learning models; (ii) it directly models simultaneous relationships among diverse energy sources through its multi-output architecture; (iii) it employs optimization tools in bidirectional interaction with machine learning forecasts, enabling a holistic evaluation of decision-making, cost, and risk dimensions within a unified framework. Findings indicate that robust carbon pricing and data-driven capacity allocation, paired with a long-term planning perspective, can align carbon intensity with Paris Agreement targets while minimizing total system costs. Consequently, methodology developed in this dissertation equips policymakers with a scalable, auditable, and feasible decision-support tool within the ETS–CBAM environment.
Biyometanizasyon tesisi yan ürünlerinin bitki besini olarak kullanılma potansiyelinin değerlendirilmesi
Dünya nüfusundaki artışa paralel olarak tarımsal üretimde ürün verimliliğinin arttırılmasına duyulan ihtiyaç, tarımda sıkça kullanılan kimyasal ve ham gübrelerin oluşturduğu olumsuz çevresel etkiler ve organik gübrelere duyulan ihtiyaç tarımsal iyileştirme alanında yeni çalışmaların yapılması gerekliliğini ortaya çıkarmaktadır. Bu çalışmada, belediye katı atıklarından enerji üretimi sürecinin bir parçası olan desülfürizasyon ünitelerinden çıkan kükürtün ve fermente sıvının bitki besini olarak kullanılma potansiyelinin değerlendirilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda, çalışmada kükürt ve fermente sıvının seçilen hedef bitkilerde besin maddesi olarak kullanımı, hedef bitkilerin gelişiminin izlenmesi ve bu atıkların tarımsal iyileştirme amacıyla kullanım potansiyelinin değerlendirilmesi hedeflenmektedir. Çalışma kapsamında süs bitkisi kullanılmış olup bitkilerin büyüme eğrisi izlenmiş, topraktan, yapraktan ve sulama sularından alınan örnekler analiz edilmiştir. Analizler ve büyüme oranları yorumlanarak enerji üretim tesisi kaynaklı oluşan proses çıktılarının bitki besini olarak kullanılması değerlendirilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda %2,5 fermente sıvı içeren sulama suyunun bitkiler için faydalı olduğu, kükürtün ise düşük konsantrasyonlarda kullanılmasının herhangi bir zararının olmadığı ancak herhangi olumlu bir etkisinin de olmadığı tespit edilmiştir.
Havalimanlarında enerji taşıyıcısı olarak hidrojen tedarik zinciri senaryoları ve analizleri
Günümüzde ulaşım sektörünün içinde önemli bir yer edinen havacılık endüstrisi birincil enerji kaynağı olarak sürdürülemez ve çevre zararı yüksek olan fosil temelli yakıtlar kullanmaktadır. Fosil temelli yakıtlar sürdürülebilir bir ekonomiyi sürdürülemez hale getirmektedir. Havacılık endüstrisi enerji ve çevre ile ilgili sorunlarını çözmek için sürdürülebilir havacılık yakıtlarına yönelmişlerdir. Bu yakıtların arasında en umut verici yakıt hidrojendir. Hidrojen çevre dostu, temiz ve farklı kaynaklardan elde dilen bir yakıttır. Ancak havacılık endüstrisinde hidrojenin enerji taşıyıcısı olarak kullanımı birtakım zorluklar getirmektedir. Bu zorluklar da önemli bir yer edinen hidrojenin yakıt olarak günümüzde havacılık endüstrisinde kullanılan kerosen gibi bir tedarik zincirinin olmamasıdır. Tedarik zincirinin içinde hidrojenin üretimi, sıvılaştırılması, taşınması, depolanması ve dağıtımı alt bölümlerini bulunmaktadır. Bu çalışmada havalimanı hidrojen tedarik zinciri alt bölümleri için farklı senaryolar oluşturulmuştur. Oluşturulan hidrojen tedarik zinciri senaryoları çevre, maliyet, sürdürülebilirlik, fizibilite, emniyet açısından incelenmiştir.
Design and manufacturing of zno nanowire and nanowall structures for energy harvesting via flexible piezoelectric and hybrid nanogenerators in wearable textiles
The increasing demand for wearable technologies has highlighted the need for portable and sustainable energy sources. In this context, piezoelectric and triboelectric nanogenerators stand out due to their ability to convert ambient mechanical energy into electrical energy. Their potential to harvest energy from human body movements enables these devices to serve as sustainable power sources within the ecosystem of wearables. However, the performance of nanogenerators is influenced by factors such as module design, the structure of the active layer, and the electrode-active layer interface. In this thesis, ZnO nanowires and nanowalls synthesized via hydrothermal methods, were systematically investigated within the framework of the synthesis–structure relationship. ZnO nanowall structures providing homogeneous growth, reproducibility, and high electrical output were identified as the main focus of the study. The effects of 0.5–2 at. % doping on the ZnO nanowall structure and, consequently, on piezoelectric performance were evaluated according to structure–property–performance relationships. Furthermore, the crucial roles of module architecture, electrode-active layer interface, and contact type (Schottky/Ohmic) on electrical performance were demonstrated through different module designs. In hybrid nanogenerator designs, the contribution of the triboelectric effect enabled high power generation under low forces, successfully powering an LCD screen. The developed modules were also integrated into a glove, confirming their ability to harvest energy from hand movements. Overall, this study, covering the entire process from synthesis to application, demonstrates the feasibility of ZnO nanowall-based flexible nanogenerators in wearable electronics and presents significant potential for commercialization in the field of energy harvesting.
İkili kanat profiline sahip su türbininin üç boyutlu sayısal ve deneysel performans analizleri
Hidrokinetik enerjiyi kullanarak gerek büyük akıntılardan kentlerin, gerekse küçük akıntılardan bireylerin elektrik güç gereksinimlerini karşılamak üzere alçak akıntı hızlarında verimli çalışabilecek palalı su türbini tasarım modeli geliştirilmiş ve prototip imalatı için hazır hale getirilmiştir. Hidrokinetik enerjiden elektrik üretebilecek ikili ve ayrıca standart kanat profilli türbin kanat tasarımı için iki ve üç boyutlu sayısal ve deneysel analizler yapılmıştır. İki boyutlu sayısal analizlerde GAMBIT-FLUENT programı, üç boyutlu sayısal analizlerde ANSYS 13.0 programı kullanılmıştır. Rüzgâr ve hidrokinetik türbinlerde tasarım şartı olarak CL/CD değerini maksimum yapan geometrik ve akım parametreleri optimum değerler olarak belirlenmiştir. CL/CD'nin maksimum değerleri, ikili kanat için 12,053, standart kanat(NACA4412) için ise 21,517 olarak elde edilmiştir. Optimum hücum açıları ikili kanat için 3o, standart kanat için ise 6o olarak elde edilmiştir. Kanatlar stall konumuna ikili kanatta 30o'den sonra, standart kanatta 16o'den sonraki hücum açılarında ulaşmıştır. Dizaynda önemli parametre olan uç hız oranına göre, ikili kanat lamda=3,5 değeri civarında 0,457 maksimum güç katsayısı değerine, standart kanat lamda=5,0 değeri civarında 0,494 maksimum güç katsayısı değerine ulaşmıştır. Su kanalında yapılan deneysel çalışmalarda, ikili kanat için maksimum güç katsayısı 0,424 olarak lamda = 3,48 değerinde, standart kanat için maksimum güç katsayısı 0,463 olarak lamda = 4,92 değerinde elde edilmiştir. Değerlerin sayısal değerlerle uyumlu olduğu görülmüştür. Analizlerde hidrodinamik performans açısından ikili kanadın stall konumuna gelmeden daha geniş bir uç hız oranı çalışma şartlarında çalışabileceği görülmüştür. İkili kanadın maksimum güçte çalıştığı uç hız oranının standart türbinlere göre düşük olması, türbinin düşük devirde çalışmasından dolayı daha emniyetli olması sonucuna varılmıştır. Böylece, hidrokinetik enerjiyi kullanarak gerek büyük akıntılardan kentlerin ihtiyaçlarını, gerekse küçük akıntılardan bireysel ihtiyaçları karşılayabilecek elektrik gücü elde etmek üzere küçük akıntı hızlarında verimli çalışabilecek hidrokinetik türbin modeli geliştirilmiş ve prototip imalatı için hazır hale getirilmiştir.
Tarım sektöründe birlikte ısı ve güç sistemleri ile yenilebilir enerji kaynakları kullanan melez sistemlerinin tasarımı için ekserji tabanlı bir algoritma geliştirilmesi
Yapılı çevrede ekserji yıkımlarının en aza indirgenmesi için ön koşul, enerji verimi yüksek melez sürdürülebilir enerji sistemlerini kurgulayabilmek, bu kurguyu da ekserji arz ve talep dengelerine oturtabilmektir. Bu çalışmanın amacı arz tarafındaki ekserji girdilerinin en yüksek ortalama akılcı ekserji yönetim verimi sağlayacak şekilde harmanlanarak yapılı çevrenin ekserji taleplerine en uygun şekilde dağıtılmasını belirleyecek bir karar verici algoritmanın MS Excel programı ile hazırlanması ve çeşitli senaryoların bu program içerisinde modellenmesidir. Söz konusu algoritma, örnek bir çiftlik projesinde çeşitli senaryolar ile MS Excel programında sınanarak enerji verimliliğine, CO2 salımlarına, yakıt tasarrufuna olası olumlu katkıları irdelenerek değerlendirilmiştir. Amaç fonksiyonunda iki senaryo arası ekserji verimi oranı, karbon salım oranı ve basit geri ödeme süresi oranları toplanarak senaryolara ait tümleşik amaç fonksiyonu değerleri hesaplanmıştır. Bu doğrultuda temel senaryo sonuçları ile karşılaştırmalı olarak yazılan amaç fonksiyonunu en küçükleyecek senaryo bulunmuştur. Elde edilen örnek sonuçlar incelendiğinde en yüksek akılcı ekserji verimine 0,55 değeriyle içerisinde birlikte ısı ve güç, ısıl depolama, ısı pompası, rüzgar enerjisi, güneş enerjisi ve biyogaz gibi sistemlerin olduğu yenilikçi bir yeşil çiftlik senaryosunda ulaşılmıştır. Aynı senaryoda temel senaryo kış işletmesinde 571 ton CO2/yıl olan karbondioksit salımının 61 ton CO2/yıl'a indirgendiğindi gözlemlenmiştir. Kabul edilen örnek değerler ile algoritmanın uygulanabilirliği ve yetkinlik koşulları da incelenmiştir. Sonuçlar değerlendirildiğinde verilen tüm değişken değerlerde en küçükleyen senaryonun söz konusu senaryo olduğu görülmüştür. Senaryolarda kullanılan enerji dönüştürüm sistemleri ilk yatırım maliyetleri, enerji/yakıt maliyetleri belirlenen örnek değerler ile hesaplanarak basit geri ödeme süreleri incelenmiştir. ANAHTAR SÖZCÜKLER: Birlikte ısı ve güç sistemleri, akılcı ekserji yönetimi, karbondioksit salımı, yenilebilir enerji, yeşil çiftlikler, yakıt tasarrufu, geri ödeme süresi.
Sürdürülebilir çimento sektörü eğilimlerine dayalı performans kriterlerinin belirlenmesi ve karşılaştırılması
Bu çalışmada; uluslararası alanda "Cement Sustainability Initiative (CSI)" girişimine üye olan, ayrıca "Global Reporting Initiative (GRI)" bünyesindeki "Sustainability Disclosure Database" veri tabanında yer alan çimento firmaları başta olmak üzere, çimento sektöründe uygulanan üretim yaklaşımları analiz edilmiştir. Analiz 1990 ve 2013 yılları için yapılmıştır. Kyoto protokolünün etkilerini, hedeflere ulaşmak için belirlenmiş olan kriterlerin, uygulamaların sonuçlarının ve farklı yaklaşımların karşılaştırmalı olarak analiz etmek amacıyla, çok kriterli endeksler geliştirilmiştir. Endeks iki ayrı değerlendirmeye göre oluşturulmuş olup, birinci endeks Enerji ve çevresel performans ayrımlarına göre yapılmıştır. İkinci endeks klinker fırın tiplerine göre yapılmış olup. Çıkan sonuçlar soğutma havasının geri kazanımının önemine işaret etmiş ve Akılcı Ekserji Yönetimi Modelinin uyarlanması ile en faydalı uygulamalara yön vereceği anlaşılmıştır.
Bir fabrikanın enerji yatırım politikasının çok kriterli melez karar verme sistemleri ile belirlenmesi
Enerji, sanayileşen ve giderek teknolojik hale gelen yaşantının içinde daha da akıllıca ele alınması gereken bir konu haline gelmektedir. Enerjinin arza ve talebe uygun olarak üretilmesi, tedariki ve kullanılması ulusal ve uluslararası ölçekte enerji yatırım politikaları ile sağlanır. Bu kapsamda, yer altı ve yer üstü kaynakları açısından zengin ve elverişli bir bölge olan Aydın iline kurulabilecek bir fabrikanın enerji ihtiyacının sürekli ve yeterli olarak karşılanabilmesi için gerekli yatırım politikalarının belirlenmesi için farklı çok kriterli karar verme yöntemlerine başvurulmuştur. Çok kriterli karar verme yöntemleri bu çalışmada tek başlarına ve melezlenerek uygulanmıştır. Bu sayede hem Aydın ilindeki fabrika için en uygun enerji yatırım politikası belirlenmesi hem de yöntemlerin teknik olarak uygunluğunun değerlendirmesi ve karşılaştırmalarının yapılması amaçlanmıştır. Bu çalışmada AHP, DEMATEL ve ANP yöntemleri kullanılmıştır. İlk olarak AHP ve ANP tek başlarına uygulanmıştır. AHP ve ANP' den direkt önem derecelerine göre ağırlıklandırılmış sonuçlar alınmıştır. DEMATEL bir sıralama yöntemi olmadığından genişletilerek ağırlıklandırılmış sonuçlara ulaşılmıştır. Sonraki adımda melezlemeler AHP ve DEMATEL ve DEMATEL ve ANP olarak yapılmıştır. Tüm yöntemler için problemin kriterleri arasındaki etkileşimler incelenmiş, yöntemler uyumluluk testine sokulmuş, uygunluk ve çeviklikleri test edilmiştir. Bu çalışma sonucunda enerji yatırım politikası oluşturmak için en uygun yöntemin AHP & DEMATEL olduğu ve melezlemenin farklı yöntemlerden alınan sonuçları birbirine yaklaştırdığı saptanmıştır. Bu yöntemden ve tüm yöntemlerden alınana sonuçlar birlikte değerlendirilerek fabrika yatırımı için en uygun alternatiflerin sırasıyla jeotermal, rüzgâr ve güneş oldukları bulunmuştur. Karar vermede en etkili kriterlerin ise, ekonomik, üretim ve çevre kriterleri oldukları bulunmuştur.
Enerji etkin tasarım anlayışının yüksek yapılarda incelenmesi
İnsan ve çevre sağlığı sorunlarına bir çözüm önerisi olarak ileri sürülen sürdürülebilirlik kavramının gündelik yaşam için uygulama metotları, diğer birçok disiplinde olduğu gibi mimarlık alanında da araştırılmaktadır. Yapılar, üretim aşamalarından itibaren enerji ve kaynak tüketmekte, biyolojik çeşitliliğe zarar vermekte ve atık üretmektedir. Yapım, kullanım ve yıkım aşamalarında, büyük ölçekleri ve barındırdıkları yoğun kullanıcı nüfusu nedeni ile çevre yükleri diğer yapı tiplerine göre çok daha fazla olan yüksek yapıların, sürdürülebilir mimarlık ilkeleri ile tasarım metotlarının geliştirilmesi, sürdürülebilirlik kavramının uygulama araştırmaları içinde önemli bir yere sahiptir. Günümüzde sanayileşme ve gelişen teknoloji ile birlikte hızla artan kentleşme, ekolojik dengelerin zarar görmesine, kültürel ve tarihsel değerlerin yok olmasına neden olmaktadır ve kullandığımız fosil kaynaklı enerji kaynaklarının sınırlı ve tükenir olmasının yanı sıra çevreye verdiği zararlar daha çok hissedilmeye başlamıştır. Bu gerçekler, enerji kaynaklarının daha tasarruflu tüketimine yönelik önlemleri içerirken, önemli bir bölümü de bizi sürdürülebilir enerji kaynaklarına yönlendirmektedir. Mimarlık disiplini de bu gerçekler doğrultusunda doğal çevreye zarar vermeden insanların ihtiyaçlarına cevap verecek, sürdürülebilir yaklaşıma yönelmektedir. Mimarlık alanında en fazla enerji tüketen bina tipi olarak yüksek yapılar görünmektedir. Yüksek yapılar yapım ve kullanım sıralarında fazla enerji tüketiminden dolayı çevre kirliliğine neden olmaktadır. Bu bağlamda yapılan çalışma; sürdürülebilir mimarlık kavramlarının, yeşil yapı ve sürdürülebilir yapım ilke ve yöntemlerinin, ekolojik çevre ve enerji etkin kullanımı ve enerji korunumu başlıklarının, Türkiye ve Avrupa'daki yüksek yapı örnekleri üzerinden, irdelenmesini kapsamaktadır. Anahtar kelimeler: Yüksek yapılar, enerji, sürdürülebilirlik, pasif sistemler, aktif sistemler, çevre performansı
Hibrit (doğal ve yapay) aydınlatma sistemlerinin araştırılması ve örnek bir uygulama
Enerji taleplerinde yaşanan artış, elektrikli araçların yaygınlaşması, iklim krizi, enerji kaynaklarının günden güne azalmasından dolayı alternatif kaynaklardan verimli bir şekilde yararlanmak ve harcanmakta olan enerjiden tasarruf edilebilmesi adına yeni uygulamaların gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Aydınlatma tarafından harcanmakta olan enerjinin azaltılabilmesi için, doğal kaynaklardan yararlanılması büyük bir önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, yapay ve doğal aydınlatma sistemlerinin bir arada kullanılabilme olanakları araştırılmıştır. Oluşturulan bir sistem üzerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Farklı şartlar altında, kullanılabilecek olan aydınlatma teknikleri, kontrol metotları araştırılmıştır. Günışığı yoğunlaştırıcılı fiber optik aydınlatma sisteminin farklı hava koşullarında verim değerleri kayıt altına alınmış, hibrit aydınlatma sistemlerinin kontrol edebilmesini sağlayan bir otomatik kontrol sistemi tasarlanmış ve elle kontrol metotları sayesinde kişiden kişiye ve yapılacak iş durumuna bağlı olarak farklılık göstermekte olan aydınlık şiddeti değerlerinin istenilen değerlerde tutulabilmesini sağlayan bir prototip geliştirilmiştir. Son olarak geliştirilen prototipe ait detaylar ve prototip üzerinde gerçekleştirilen test sonuçları sunularak tartışılmıştır.
Afyonkarahisar'da bir biyogaz enerji tesisinin termodinamik modellemesi ve termoekonomik optimizasyonu
Bu tezde, Afyonkarahisar'da bir biyogaz enerji santralinin termodinamik modellemesi ve termoekonomik optimizasyonu yapılmıştır. Dört gaz motoruna sahip santral günlük 96 ton tavuk gübresiyle 4000 kW güç üretmektedir. Santralde kullanılan ön ısıtmalı gaz çevriminde egzoz gazları türbinden sonra bir kez kullanmakta ve atmosfere salınmaktadır. Halen yüksek enerjiye sahip egzoz gazlarının atık ısısını kullanmak ve çevreye daha az gaz salınımı için mevcut santral termodinamik ve termoeokonomik olarak optimize edilmiştir. Bu amaçla egzoz gazlarının atık ısısını geri kazanmak için mevcut santrale entegre edilebilecek üç model geliştirilmiştir. Geliştirilen modellerin detaylı termodinamik analizi yapılarak elde edilen veriler ile termoekonomik analiz ve optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Sistemlerin analiz ve optimizasyonları EES (Engineering Equation Solver) yazılımında yapılmış ve elde edilen veriler ile sistemlerin Aspen Plus yazılımında detaylı enerji ve ekonomik simülasyonları yapılarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Model 1'de atık egzoz gazlarını kullanarak fazladan elektrik üretmek için bir ORC (Organic Rankine Cycle) ünitesi önerilmiştir. Model 2'de elektrik üretimine ek olarak atık egzoz gazlarını kullanarak ısıtma ve soğutma yapmak için bir ısıtma ve bir soğutma ünitesi önerilmiştir. Model 3'de atık egzoz gazlarından elektrik üretimi için ORC ile birlikte biyogazın yan ürünlerinden ve fazla elektriğin depolanması amacıyla egzoz gazlarıyla ön ısıtma yapılarak sudan hidrojen üretimi önerilmiştir. Optimize edilmiş santralin termodinamik ve termoekonomik analiz sonuçlarına göre, Model 1'in enerji ve ekserji verimleri %50.74 ve %44.47'dir. 5043 kW net güç üretilerek birim elektrik maliyeti 0.03778 $/kWh olarak hesaplanmıştır. Model 2'nin güç kapasitesi, enerji ve ekserji verimleri sırasıyla 4000 kW, %74.88 ve %50.62'dir. Üretilen elektriğin, yapılan ısıtmanın ve soğutmanın birim maliyetleri sırasıyla 0.04176 $/kWh, 0.0352 $/kWh ve 0.0178 $/kWh olarak hesaplanmıştır. Model 3'ün net güç kapasitesi, enerji ve ekserji verimleri sırasıyla 5792 kW, % 41.55 ve % 36.42'dir. Üretilen elektriğin birim maliyeti 0.03922 $/kWh olarak hesaplanmıştır. Son olarak ORC'de üretilen elektrik kullanılarak biyogaz yan ürünlerinden üretilen hidrojenin kütlesel debisi ve birim maliyeti ise sırasıyla 0.007447 kg/s ve 3.191 $/kg olarak hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Biyogaz, Termodinamik analiz, Termoekonomik analiz, Optimizasyon
Yazdırılabilir akıllı enerji depolama sistemi için PVDF-HFP esaslı kompozit polimer elektrolitler
Günümüzde artan nüfus ve teknolojik gelişmeler, enerjiye olan talebin hızla yükselmesine neden olmaktadır. Bu ihtiyacın büyük bir bölümü hâlen fosil yakıtlar aracılığıyla karşılanmaktadır. Ancak bu kaynakların sınırlı rezervleri, çevresel zararları ve ekonomik yükleri sürdürülebilirlik açısından ciddi sorunlar doğurmaktadır. Bu nedenle, fosil yakıtlara alternatif olarak yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim artmıştır. Güneş, rüzgâr, jeotermal ve biyokütle gibi çevre dostu seçeneklerin geliştirilmesi, enerji altyapısının dönüşümünü desteklemektedir. Ancak bu sistemlerin doğaya bağımlı üretim profilleri, enerji arzının sürekliliği açısından bazı sınırlamalar ortaya koymaktadır. Bu nedenle, yenilenebilir enerjinin etkin kullanımında enerji depolama sistemleri kilit rol oynamaktadır. Enerji depolama teknolojileri arasında lityum iyon piller, yüksek enerji yoğunlukları, uzun çevrim ömürleri ve sistemlere kolay entegrasyonları sayesinde ön plana çıkmaktadır. Son yıllarda ise, esnek ve giyilebilir elektronik cihazların yaygınlaşmasıyla birlikte, mekanik esneklik, hafiflik ve şekil uyumluluğu gibi özelliklere sahip enerji depolama sistemlerine duyulan ihtiyaç artmıştır. Geleneksel üretim yöntemleri bu tür yapılar için yetersiz kalmakta, bu nedenle alternatif üretim teknolojileri araştırılmaktadır. Bu bağlamda yazdırılabilir pil sistemleri, üretim kolaylığı, düşük maliyet ve ölçeklenebilirlik gibi avantajlarıyla dikkat çekmektedir. Özellikle serigrafi baskı, esnek pil bileşenlerinin üretimi için en yaygın kullanılan yöntemlerden biri hâline gelmiştir. Serigrafi baskı sürecinde mürekkebin reolojik özellikleri kritik öneme sahiptir. Ancak sıvı elektrolitlerin düşük viskoziteleri ve uçuculukları, bu yönteme uygun olmamalarına neden olmaktadır. Bu nedenle serigrafiyle uyumlu alternatif çözümler gerekmektedir. Bu noktada polimer elektrolitler, hem güvenli yapıları hem de baskıya uygun reolojik özellikleriyle öne çıkmaktadır. Özellikle PVDF-HFP kopolimeri, yüksek dielektrik sabiti, mekanik dayanımı ve iyon taşıma kapasitesi ile dikkat çekmektedir. Bununla birlikte, bu yapının kristalin doğası iyon hareketliliğini sınırlandırabilmektedir. Bu sınırlamaları aşmak adına, polimer matrislere inorganik nano katkıların dahil edilmesi, son yıllarda sıklıkla başvurulan bir yaklaşımdır. Özellikle iki boyutlu malzemeler olan MXene'ler, elektrokimyasal performansı iyileştirmedeki potansiyelleriyle dikkat çekmektedir. Ancak bu malzemelerin polimer elektrolit sistemlerinde kullanımına dair çalışmalar henüz sınırlıdır. Bu tez çalışması kapsamında, PVDF-HFP esaslı bir polimer matrise Ti₃C₂Tx-MXene katkısı yapılarak, yüksek iyonik iletkenlik, elektrokimyasal kararlılık ve baskı teknolojileriyle uyumluluk gibi çok yönlü performans kriterlerini sağlayan kompozit bir elektrolit sistemi geliştirilmesi hedeflenmiştir. Çalışmalar, farklı oranlarda (ağırlıkça %5, %10, %15, %20 ve %25) MXene katkılarıyla yürütülmüş ve katkı oranının elektrolit performansı üzerindeki etkisi sistematik olarak incelenmiştir. Elde edilen bulgular, MXene miktarının sadece varlığıyla değil, aynı zamanda miktarının hassas biçimde kontrol edilmesiyle performansın doğrudan ilişkili olduğunu ortaya koymaktadır. Bu doğrultuda yürütülen fiziksel, reolojik ve elektrokimyasal karakterizasyon çalışmaları sonucunda, optimum performansı sağlayan katkı oranı belirlenmiştir. Bu katkı oranı, yüksek iyonik iletkenlik değerleriyle birlikte geniş bir elektrokimyasal pencere sağlamıştır. Ayrıca NMC811 katotu ile yarım hücre düzeneğinde test edilmiş; 100 çevrim sonunda kapasiteyi yüksek oranda koruyarak dikkat çekici elektrokimyasal stabilite sunmuştur. Reolojik analizler de bu elektrolitin viskozite ve akış özelliklerinin baskı sürecine uyumlu olduğunu doğrulamıştır. Elde edilen bu bulgular, geliştirilen yapının hem serigrafi ile üretilebilirliğini hem de enerji depolama uygulamaları açısından pratik potansiyelini ortaya koymaktadır.