112
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Bataryalarda empedans analizine dayalı doluluk oranı, sağlamlık ve fonksiyonellik takibi yöntemlerinin geliştirilmesi
Ulaştırma sektörü üzerindeki giderek artan emisyonları düşürme baskısı, içten yanmalı motorlardan çok daha verimli olan elektrik motorlarının araç çekiş sistemine çeşitli seviyelerde entegrasyonunu zorunlu hale getirmiştir. Araçlarda bulunan elektrik motorları güçlendikçe, farklı batarya teknolojilerinin araçlara entegrasyonu giderek artmaktadır. Bataryaların giderek daha yoğun kullanıldığı bir başka alan ise, yenilenebilir enerji kaynaklarının dalgalı enerji üretimini dengelemek amacı ile şebekeye entegrasyonudur. Elektrikli araçlar veya taşınabilir elektronik ürünler gibi enerji yoğunluğunun birincil öncelikte olmadığı bir çok alanda kurşun asit bataryalar; görece düşük maliyetleri, zorlu çevre şartlarına olan yüksek dayanımı ve %95'in üzerinde geri dönüşüm oranı ile hala yeni batarya teknolojileri için zorlayıcı bir rakip olma özelliğini korumaktadır. Geçmişte kurşun asit aküler araçlarda ve kesintisiz güç kaynaklarında tam dolu halde tutulmakta ve sadece marş basma anında ya da elektrik kesintisinde barındırdığı elektrokimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmesi beklenmekte idi. Kurşun asit akülerin yeni kullanılmaya başlandığı mikro hibrit araçlar, enerji depolama uygulamaları gibi alanlarda ise kurşun asit aküler üzerinde sürekli olarak şarj ve deşarj çevrimleri gerçekleşmekte bu yeni çalışma koşulları da bataryanın doluluk ve sağlamlık bilgilerini yüksek doğruluk ile elde etmeyi kritik hale getirmektedir. Tez çalışmasının ilk bölümünde, mikro hibrit araçlar için üretilen geliştirilmiş kurşun asit aküler farklı doluluk ve sağlamlık oranlarında empedans analiz yöntemi ile incelenmiş ve elde edilen empedans değerlerinin değişimi ile doluluk ve sağlamlık arasındaki bağıntılar araştırılmıştır. Test örneği kurşun asit akü, CENELEC standartlarına göre yaşlandırılmış ve her yaşlanmışlık seviyesinde ayrı ayrı tüm doluluk oranları için reel ve imajiner empedanslar ile faz kayması parametrelerinin değişimi 10kHz ila 1 mHz arasında kayıt altına alınmıştır. Empedans analiz sonuçlarını yorumlamak için literatürde daha önce kullanılmış basit devre elemanlarından oluşan, Warburg devre elemanına sahip ve sabit faz elemanına paralel bir direncin elektrotları temsil ettiği 3 farklı eşdeğer devre modeli dikkate alınmıştır. Deneylerde kullanılan geliştirilmiş kurşun asit akü, elektrotlarına eklenen karbon katkılandırma sonucu öncüllerine göre daha yüksek gözeneklilik seviyesine ve bu sayede daha yüksek deşarj gücü ve dinamik şarj kabul seviyelerine sahiptir. Literatürdeki kurşun asit devre modellerine ilaveten bu yeni nesil kurşun asit aküdeki yüksek gözenekli elektrotları modelleyebilmek için iletim hattı devre elemanı devre modeline eklenerek, literatürdeki diğer modellere oranla tüm doluluk ve sağlamlık oranlarında daha yüksek bir doğruluk ile empedans analiz sonuçlarına uyum sağlayabilmiştir. Tez çalışmasının ikinci bölümünde, empedans analiz deneyleri sırasında uygulanan akıma karşı elde edilen voltaj cevabından oluşan Lissajous grafikleri her bir frekansın periyodu için 128 noktada kayıt altına alınmış ve bu veriler uygulanan frekansa bağlı olarak zamana karşı iki ayrı veri seti haline getirilmiştir. Hem uygulanan akımın hem de elde edilen voltaj cevabının Fourier dönüşümleri yapılarak oluşan alt harmonikler incelenmiş ve uygulan sinyal ile elde edilen sinyalin alt harmoniklerinin gücünün toplam sinyal güçlerine oranları farklı doluluk ve sağlamlık oranları için kayıt altına alınmıştır. Tüm doluluk ve sağlamlık değerleri için, 80mHz civarında temel frekansa oran ile alt harmoniklerin toplam gücünde ani artışı gözlemlenmiştir. Buna ilaveten, frekans düştükçe AC sinyalin DC karakteristiğe bürünmesi ve bunun da batarya doluluk oranlarını değiştirmesinden ötürü ve batarya tam dolu hali ile %50'nin altına düşen doluluk oranlarında alt harmoniklerin gücünde yükselme gözlemlenmiştir. Yeni bir analiz yöntemi olan alt harmonik güçlerinin uygulanan temel frekansa oranı ve bu oranın doluluk ve sağlamlık ile nasıl değiştiği gözlemlenmiştir. Belli frekanslarda alt harmoniklerin toplam gücünün temel frekansın gücüne oranının, eğer doluluk biliniyor ise sağlamlık, sağlamlık biliniyor ise de doluluk tahmini yapmak için kullanılabileceği görülmüştür.
Yol aydınlatması otomasyon sistemleri'nde enerji verimliliği kapsamında görsel performans koşullarına bağlı kontrol stratejilerinin geliştirilmesi
Son yıllarda yalnızca Türkiye'de değil tüm dünyada bilgi ve iletişim teknolojisi alanlarındaki gelişmelerden faydalanılarak yerleşim merkezlerini akıllı şehirlere dönüştürme stratejileri uygulanmakta, ulaşım, çevre, güvenlik, enerji ve daha pek çok alandaki akıllı teknolojiler şehirlerin yaşam kalitesini arttırmak için kullanılmaktadır. Akıllı sistemlerin hızla uygulanabildiği en önemli alanlardan biri yol aydınlatması tesisatlarıdır. Özellikle LED teknolojisindeki gelişmeler sayesinde, LED'li armatürlerin hem etkinlik faktörlerinin yüksek, ömürlerinin uzun olması hem de ışık akılarına kolayca kumanda edilebilmesi akıllı yol aydınlatması sistemleri ile ilgili çalışmaları hızlandırmıştır. Standart yol aydınlatması sistemleri genellikle zaman ayarlı ya da foto elektrik kontroller ile anahtarlanmakta ve tesis edilmiş lambalar gün ışığı bulunmayan saatlerde sürekli aynı güçte çalışarak aynı ışık akısını vermektedirler. Diğer yandan yoldaki trafik ya da meteorolojik koşullarda zamana bağlı oluşan değişimler sonucunda farklı koşullar oluşabilmekte ve bu durumlarda yol üzerinde ihtiyaç duyulan ortalama parıltı düzeyi değerleri değişebilmektedir. Yol üzerinde o anda ihtiyaç olmadığı halde, fazla aydınlatma gerçekleştirilmesi, enerjinin boşa harcanması anlamına gelmektedir. Günümüzde çok basit sistemlerden, son teknolojinin kullanıldığı karmaşık sistemlere kadar çeşitlilik gösteren aydınlatma kontrol sistemleri kullanılarak yolun değişen dinamik durumuna göre aydınlatma yapabilecek yol aydınlatma tesisatları kurulmaktadır. Teknik olarak LED ışık kaynaklı armatürlerin ışık akıları istenilen seviyelerde loşlaştırılabilmektedir. Ancak yol aydınlatmalarında temel amaç gerekli aydınlatma koşullarının oluşturulması ve trafik güvenliğinin sağlanmasıdır. Can ve mal güvenliği açısından yeterli aydınlatma kriterlerinin sağlanması gereken yol aydınlatmalarında armatür ışık akısının gelişigüzel loşlaştırılması düşünülemez. Aydınlatma kalite kriterlerinden ödün vermeden ve görüş konforunu bozmadan gereksiz enerji tüketiminin önüne geçmek için doğru stratejiler uygulanmalıdır. Bu nedenle, sürüş güvenliği açısından, armatür ışık akısını azaltmanın sürücülerin görme performansı üzerindeki etkisinin belirlenmesi önemlidir. İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Ayazağa Kampüsü'nde, İTÜ ve İSBAK İstanbul Bilişim ve Akıllı Kent Teknolojileri Anonim Şirketi ortak çalışması ile Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından desteklenen San-Tez projesi kapsamında, sürücülerin görme performansını ölçüp değerlendirmek için değişik koşul ve senaryoların yaratılabileceği bir test yolu kurulmuştur. Projenin sonunda, trafik algılayıcılarından araç hız ve yoğunluk bilgilerini alan, yol üzerindeki mevcut koşullara uygun loşlaştırma oranına karar verebilen ve armatürlere bu yönde kumanda ederek sürücü emniyet ve konforunu bozmadan enerji tasarrufu sağlayabilen bir akıllı yol aydınlatma kontrol sisteminin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Sürücüler için gerekli güvenlik koşullarının göz ardı edilmemesi ve söz konusu gerekliliklerin belirlenmesi amacıyla, denekler ile görülebilirlik testleri gerçekleştirilmiş, yol aydınlatması otomasyon sistemlerinin güvenlik ve verimliliklerini doğrudan etkileyen loşlaştırma senaryoları, görülebilirlik testlerinin sonuçlarına göre belirlenmiştir. Gerçekleştirilen ölçüm ve deneyler sonucunda, araç hızı şehir içi yollarda geçerli hız limitleri olan 90 km/saat, ya da 70 km/saat'de sabit olduğunda hesap alanındaki VL değerlerinin farklı aydınlatma sınıfları için kabul edilebilir sınırlar içinde kaldığı, armatür ışık akılarının değiştirilmesinin sürücülerin görme perfomansını önemli oranda değiştirmeyeceği görülmüştür. Bu sonuçla, trafik yoğunluğunun azaldığı, buna karşılık araç hızlarının düşmediği saatlerde yol parıltı düzeyinin azaltılabileceği ortaya konmuştur. Tez çalışması kapsamında gerçekleştirilen görülebilirlik ölçüm ve hesapları göstermiştir ki trafik algılayıcılarından araç hız ve yoğunluk bilgilerini alan, yol üzerindeki mevcut koşullara uygun loşlaştırma oranına karar verebilen ve armatürlere bu yönde kumanda ederek sürücü emniyet ve konforunu bozmadan enerji tasarrufu sağlayabilen bir akıllı yol aydınlatma kontrol sisteminin geliştirilmesi mümkündür. Geliştirilen bu "otomasyon sistemi ve kontrol yazılımı"nın şehir içi yollardaki aydınlatma tesislerinde kullanılmasına örnek oluşturacak ilk pilot uygulama Kağıthane Cendere Caddesi'nin 500 metrelik kısmında tesis edilmiştir. Cendere Caddesi için yapılan örnek hesaplamalar sonucunda aydınlatma otomasyon sistemi kurulduğunda yaz aylarında yaklaşık %58-64 oranında, kış aylarında ise yaklaşık %62-63 oranında enerji tasarrufu elde edilebileceği tahmin edilmektedir. Tez çalışması, trafik algılayıcılarından araç hız ve yoğunluk bilgisini alan, yol üzerindeki mevcut koşullara uygun loşlaştırma oranına karar verebilen ve armatürlere bu yönde kumanda ederek sürücü emniyet ve konforunu bozmadan enerji tasarrufu sağlayabilen bir "akıllı yol aydınlatma kontrol sistemi"nin geliştirilmesi için gerekli olan loşlaştırma senaryolarına bilimsel altyapı sağlaması açısından önemlidir.
Economic evaluation of urban electric bus charge stations: case of Eindhoven, the Netherlands
Global warming effects with heavy storms and hot days make countries take emissions seriously. Hence, European cities gradually announce zero emission projects in the public transportation sector. Transportation using battery electric buses plays important role in zero emission projects. In the Netherlands, government targets zero emission for city buses in public transportation by 2030. This obviously means replacing the fossil fueled buses with electric buses. However, the problem that arises with electric buses is the infrastructure of battery management and battery charging. This research aims to optimize electric bus recharging processes considering minimum total annual cost. A mixed integer linear optimization model was developed to determine location, capacity of charge stations and recharging duration for the buses. In addition, the positive effect of social emissions costs because of the zero emission buses were considered. The optimization model was tested on eight city bus lines in town center of Eindhoven, the Netherlands. The results provide economic analysis for different locations of the charge stations and different recharging durations for fast charge operations.
Elektrokromik kaplamalı camın farklı iklim bölgelerine göre enerji performansı değerlendirilmesi
Enerji verimliliği iklim değişikliği ile mücadele ve enerji güvenliğini geliştirmek için en etkili yoldur. Bina sektörü enerji verimliliğini artırmak ve birincil enerji tüketimini azaltmak için önemli bir yer tutar. Genellikle binalarda ısıl kayıpları sebebiyle, enerji verimliliği düşük kabul edilen cam yüzeyler, yeni gelişmelerle birlikte binalarda farklı kullanım alanları da bulabilmektedir. Estetik kaygılardan ve iyileştirilmekte olan yalıtım özellikleri sebebiyle camın mimari yapılarda kullanımı önemli ölçüde artmıştır. Bina cephesindeki cam yüzeyleri seçilirken camın hem ısıtma hem de soğutma yüklerine olan etkileri dikkate alınmalıdır. Bu durum değişken iklim şartlarına göre cam yüzeylerin farklı özellik gösterebilme ihtiyacını doğurmuştur. Örneğin soğuk iklim bölgelerinde güneş ışınlarının daha fazla geçirimini sağlayan yüksek solar faktörlü ürünler tercih edilirken, sıcak iklim bölgelerinde güneş ışınlarını engelleyen düşük solar faktörlü ürünler tercih edilir. Bina cephesi ve çerçevesinde uygulanabilecek gölgeleme ekipmanları veya farklı mimari çözümlerle de amaca ulaşılabilir. Bu anlamda gelişmekte olan bir teknoloji olan elektrokromik dinamik cam kaplama sistemleri enerji verimliliği açısından önemli potansiyel sahiptir. Elektrokromik cam sistemleri kullanıcı ihtiyaçları doğrultusunda ısı ve ışık geçirgenliğini değiştirebilmektedir. Elektrokromik camlar varlık sensörü, günışığı sensörü vs. gibi ekipmanlarla farklı kontrol sistemleri ve senaryolara göre yönetilebilmektedir. Bu çalışmada Türkiye'nin iklim bölgelerine göre elektrokromik tipinde dinamik cam kaplamalı pencere ile standart düz camlı ve yüksek performanslı statik camlı pencerelerin enerji performans özelliklerine göre karşılaştırması yapılmıştır. Farklı ticari cam sistemlerinin bina enerji simülasyonu, DOE-2.2 tabanlı E-Quest 3.65 yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışma için sekiz katlı bir ofis binası seçilmiş, ASHRAE 90.1-2007 standardı baz alınarak modelleme yapılmıştır. Bu analiz TS825 standardında tanımlanan 5 farklı iklim şartı için yapılmıştır. Oluşturulan bina enerji modellemesinde çalışmasında 500 lüks aydınlanma şiddetine göre hesaplama yapılmıştır. Bu çalışmada günışığı kontrolü, ayarlanabilir aydınlatma ekipmanlarının veya pencerelerden gelen doğal aydınlatmanın düzenlenmesine dayanmaktadır. Hava şartlarına (bulutlu, açık vs.), güneşin pozisyonu veya kullanılan cama göre uygulanacak günışığı sensörü iç ortamda istenen optimum aydınlanma seviyesini ayarlamaktadır. Kapalı havalarda elektrokromik cam ortamda istenen aydınlatma seviyesine ulaşılana kadar saydamlaşmakta, açık havalarda kararak ışık ve ısı geçirgenliğini istenen seviyede tutmaktadır. Aynı zamanda zaman çizelgesine göre de kontrol edilmektedir. Yapılan çalışma sonucunda farklı iklim bölgeleri için sonuçların benzer çıktığı görülmüştür. Eski binalarda yaygın olarak bulunmakta olan tek camlı pencere sistemlerine göre elektrokromik olanların yaklaşık %40'lar mertebesinde tasarruf sağladığı sonucuna varılmıştır. Elektrokromik cam yıllık tüketimin yanı sıra belirli dönemlerde gerçekleşen azami yüklerin azaltılması gibi önemli faydalar sağlayabilmektedir. Bu sayede ofis binasında kullanılabilecek mekanik ekipmanlar daha düşük kapasiteli tercih edilebileceği görülmüştür.
Impact of renewable energy on the power market
Renewable energy sources have become mainstream sources of energy as the concerns for Global Warming grow. Motivated by ambitious international objectives and strong support policies, the installed capacities of renewable energy technologies has shown a large growth in recent years. This growth has raised important questions relating to their impacts on power markets and systems. As part of State energy policies in Turkey, support for the renewable energy as a prime source has been increased. This has led a significant capacity increase in the last years, especially with wind and solar PV investments. Consequently, as in other countries, analyzing the economical impact of renewables and support schemes has become crucial. The thesis aims to show the renewables effect on wholesale electricity prices and retail costs in Turkey. The prevalent and the oldest renewable support mechanism in Turkey is feed-in-tariff (FIT) mechanism. Renewable power plants are subsidized by FIT to cover their investments costs, which are higher than conventional power plants. The incentive cost is taken from electricity retailers in Turkish market. Turkish day-ahead market (DAM) price formation method is merit-order curve which enables low marginal cost plants to produce electricity first instead of high marginal cost plants. Renewable plants with their almost zero marginal costs, enter merit-order curve from the lowest part. Thus, renewable generation replaces the conventional power plants with high marginal costs and decreases wholesale prices, which is called merit-order effect in literature. In this thesis, Turkish electricity market hourly data which belongs to 2014-2017 period is analyzed using a multiple linear regression model. The ex-post analysis explains renewables under FIT mechanism and other main variables effect on historical spot prices. FIT portfolio in Turkey consists of wind, solar, hydropower, geothermal, and biofuel renewable sources. By using regression coefficients of renewables and demand, the model calculates merit-order effect of renewables which belong to FIT portfolio. Then, the merit-order effect is compared with historical FIT costs to find net cost effect of renewables. For the examined term, analysis shows that merit-order effect is less than FIT cost. That means, renewables step-down effect on wholesale prices are less than FIT cost so increases the total retail cost in the period. The calculations show that renewables increased total retail costs by 5.3 billion TL between 2014 and 2017. The thesis calculates main cost components of retailing the power: commodity, FIT, profile and imbalance costs. To show the increasing FIT cost impact on retailers, retail costs in the investigated period are compared with national retail electricity tariff prices which determines an upper limit for retailer prices. It is found that, in 2017 the national retail tariff prices are not high enough, which caused in diminishing retail sales gross margin. Regulation of FIT and other renewable support mechanisms are also explained in the thesis. The regulation of FIT cost calculation method is applied with 2017 realized FIT cost input data such as generation of renewables, FX rates, spot prices. Recalculated monthly FIT costs are found similar to realize the FIT costs. The 2017 FIT calculation model is also used to show USD/TRY exchange rate and renewable generation technologies mix effect on the FIT costs. FIT cost dependency on FX rates makes them unpredictable and volatile. Therefore, some electricity retailers, who work with limited sales margin, make loss because of volatile FIT costs. Thus, a significant part of eligible electricity customers switched to regulated authorized retail company portfolios. Consequently, the belief in private markets is reduced. Policy makers need new actions to rebuild the trust.
Türkiye'nin farklı derece-gün bölgelerinde yer alacak örnek bir konut için uygun mekanik tesisat sisteminin tayini
Dünya nüfusunun artması ve insanların refah seviyelerinin değişmesi sonucu enerji ihtiyacı her geçen yıl artış göstermektedir. Uzun dönem, artan enerji ihtiyacı tükenebilir kaynaklardan ve fosil yakıtlardan karşılanmış, bunun sonucunda atmosfere yapılan yoğun karbon emisyonuyla ekosisteme ciddi zararlar verilerek insanoğlu küresel ısınma tehdidiyle karşı karşıya kalmıştır. Bu durum dünyada enerji politikalarının gözden geçirilmesine neden olmuş, tüm ülkeleri enerji tasarrufu ve enerjiyi verimli kullanmaya dair tedbirler almaya mecbur kılmıştır. Gerek dünyada gerekse ülkemizde insanların yaşam alanlarını oluşturan binalar en önemli enerji tüketen kalemler arasında yer almaktadır. Ülkemizde son yıllarda hızlı bir gelişim gösteren inşaat sektörü kapsamında, büyük şehirler başta olmak üzere bir çok şehirde konut inşaatı sayısı artış göstermiştir. Farklı bölgelerde hızla yapılan konutlarda gerekli enerji tasarrufu ve verimliliği tedbirleri düşünülerek, sürdürülebilir yapılar yapılmasına yoğunlaşıldığında önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlanarak ülkemizin enerjide dışa bağımlılığı azaltılabilecektir. Yapının sürdürülebilirliğinde en önemli paremetrelerden birisi uygun mekanik tesisat sisteminin seçilmesidir. Mimari anlamda enerji verimli stratejilerin uygulanması tek başına yeterli olamayacağı için mimariye ve iklime uygun mekanik tesisat sisteminin belirlenmesi, yapının sürdürülebilirliğinde pay sahibi olup, önemli ölçüde enerji tasarrufu elde edilmesini sağlayacaktır. Tez çalışmasında, Türkiye'nin beş derece-gün iklim bölgesi için seçilen örnek bir konutta uygun mekanik tesisat sisteminin tayini saatlik simülasyon programı ile irdelenmiştir. Bu kapsamda ele alınan konut, beş iklim bölgesinde standartlarca belirlenen minimum bina kabuğu şartlarını sağlayacak şekilde modellenip ısıtma, soğutma ve kullanım sıcak suyu hazırlanması işlemlerinde kullanılmak üzere üç farklı mekanik tesisat sisteminin yıllık enerji tüketimleri, yıllık CO2 emisyonları ve geri dönüş süreleri her iklim bölgesi için hesaplanıp karşılaştırılmıştır. Bina modellemesi simülasyon programında yapılarak, tüm bina elemanları, iç kazançlar ve aydınlatma yükleri programa tanımlanmıştır. Simülasyonlarda incelenen mekanik tesisat sistemlerinden, referans olarak alınan sistemde ısıtma ve kullanım sıcak suyu ihtiyacının duvar tipi kombi ile, soğutma ihtiyacının ise multi split klima ile karşılandığı düşünülmüştür. Bu sistemlere alternatif olarak ısıtma, soğutma ve kullanım sıcak suyu ihtiyacını karşılamak üzere hava kaynaklı ve yatay serme toprak kaynaklı ısı pompalarının yıllık enerji tüketimleri simülasyon programıyla hesaplanmıştır. Hesaplamalar sırasında, hava kaynaklı ısı pompasının farklı dış hava sıcaklıklarında ve kısmi kapasitelerdeki elektrik tüketimleri ile, toprak kaynaklı ısı pompasının toprak devresinde farklı mevsimlerde oluşan farklı su giriş sıcaklıklarında ve kısmi kapasitelerde elektrik tüketim verileri programa işlenmiştir. Hesaplanan enerji tüketimlerinden yola çıkılarak, birim tüketilen enerji başına atmosfere salınan CO2 miktarı Excel programına işlenerek, karşılaştırılan iklimlendirme sistemlerinin her derece-gün bölgesinde yıllık CO2 emisyonları hesaplanmıştır. Mekanik tesisat sistemlerinin her bölgedeki yıllık enerji faturaları, tüketilen enerjinin birim maliyetinin simülasyon programına işlenmesi sonucu simülasyon programının çıktısı olarak elde edilmiştir. Simülasyonlar sonucunda beşinci iklim bölgesi dışındaki tüm bölgelerde ısı pompası alternatiflerinin ikisi de binanın yıllık enerji harcamalarını ve CO2 emisyonlarını önemli ölçüde düşürmüştür. Geri ödeme süreleri düşünüldüğünde birinci ve ikinci iklim bölgelerinde hava kaynaklı ısı pompası referans iklimlendirme sistemine alternatif olarak kullanılabilmektedir. Üçüncü iklim bölgesinde, hava kaynaklı ve toprak kaynaklı ısı pompalarının geri ödeme süreleri birbirine yakın olduğundan, enerji tüketimi ve CO2 emisyonlarında toprak kaynaklı ısı pompası daha büyük oranda bir düşüş sağladığı için üçüncü bölgede toprak kaynaklı ısı pompası daha iyi bir alternatif olarak göze çarpmaktadır. Dördüncü ve beşinci iklim bölgelerinde ısı pompası sistemlerinin geri ödeme süreleri yüksek olduğundan söz konusu sistemlerin bu bölgelerde ekonomik bir çözüm olmadıkları tayin edilmiştir.
Identification of thermal characteristics of traditional Russian stove based on computational fluid dynamics and energy performance analyses
The energy utilization increases day by day based on the increment of population. The new technologies focus on finding the efficient ways on energy usage to reduce the energy consumption. The energy consumption of the residential sector occupies 25% of the total energy consumption all over the world. Likewise, the space heating consumption is the major consumption component in the residential sectors of cold climates. These circumstances indicate the necessity of the research to improve the energy performance of the heating systems. In this study, energy performance of a traditional heating system, Russian stove, is examined based on its unique architectural detailing and energy performance. Russian stove is a commonly used heating system in Kars region where it is located at the east side of Turkey. This study is divided in two steps as computational fluid dynamics and energy performance analysis to evaluate the performance of the Russian stove. Furthermore, a comparative analysis between Russian stove and conventional chimney with a steel casting stove were done. A meticulous investigations were performed on applied materials and architectural design of the chimneys. The main material of the Russian stove is firestone, however, the steel casting is used in the case of contemporary stove. Addition to the applied material analysis, the chimney design of the stoves were specifically analyzed. Russian chimney has a labyrinth path design while the steel casting stove has a straight path. The uniqueness of the chimney is arisen by its S shaped flue path, as mentioned above. S shaped flue path lets the heated air move slowly through the outlet of the chimney. Therefore, heated air, which is like 450°C, stays at the inside of the stove for a longer period by achieving a better heat transfer. Furthermore, S shaped design creates more internal surface area rather than straight chimney design that this design provides a better heat transfer with increased transfer surface area. In this research, the original design of Russian stove was investigated in terms of energy efficiency and thermal comfort. Hence, computational fluid dynamic Software was used to evaluate the generated heat flux, thermal gradient and predicted mean vote by transient solution mode in a two story building. The evaluation was performed for both heating and standby period, separately. Besides, the thermal mass characteristic of the stoves were assessed to show the features of the used material. In computational fluid dynamics analysis, Low Re k-epsilon turbulence model was used. Also, Petrov-Galerkin solution method, which uses second order differential equations, was chosen. Thus, the natural ventilation and occurred secondary flows in the stove were examined. Addition to the computational fluid dynamic analysis, the heating demand of the building was simulated by energy performance simulation software and the results were compared in this purpose. The mesh enhancement study was performed to provide the accuracy on the results. The mesh enhancements were repeated until the mesh independency was obtained at the level of 5%. The analyses showed that, in the case of straight chimney steel casting stove, an overheating formation was observed after 3 hours and the temperature was found as 29.87°C after 6 hours heating period. Also, overheating affected the predicted mean vote as 2.71, negatively during the heating period. On the standby period, the temperature reduced significantly to 16.50°C in 6 hours and the predicted mean vote value was -1.4. In the case of Russian stove, a homogenous heating was formed in the building and by the result of homogeneous heating, the predicted mean vote was obtained 0.3 in the heating period. Addition to this, it was observed that the generated temperature gradient was kept for 6 hours during the standby period in the building and the predicted mean vote was found as -1. In the comparison of Russian stove and steel casting stove results, the generated heat flux was found more in the Russian stove case stove by 22% In the conclusion of these results, in the case of Russian stove it is seen that the used material creates a thermal mass based on the high specific heat value and the unique S shape design of the Russian stove has a major effect on the thermal comfort. The existing literature of the Russian stove was limited only by hand workmanship information. However, this research extended it to the scientific knowledge by identifying the major specifications of the system's thermal performance. The research was utilized the energy performance and computational fluid dynamics analyses. Consequently, it is shown that this system is an example of a collaborative work between architecture, material science and engineering disciplines to obtain a high performance heating system. The integration of this system to the apartment building that has multiple residential units can be studied as the next step of this research.
Türkiye genelinde Bahel modeli ve yapay sinir ağları ile güneş radyasyonu tahmini
Bulunduğu coğrafi konum dolayısıyla, dünyada güneş enerjisi potansiyeli yüksek olan ülkeler arasında bulunan Türkiye'de güneş enerjisinden mümkün olduğunca etkin bir biçimde faydalanılması gereklidir. Güneş enerjisi üretiminde gelecekteki saatlik küresel güneş radyasyonunun doğru tahmin edilmesi büyük önem taşır. Bu tür tahminlere mevcut ölçüm verilerinin eksiksiz ve doğru olarak girilmesi, tahminin başarımını doğrudan etkileyen parametrelerin başında gelmektedir. Ancak saatlik küresel güneş radyasyonu ölçümleri ülke genelinde sınırlı sayıda meteoroloji istasyonunda gerçekleştirilmekte olup, ölçüm verilerinde sıklıkla veri kayıpları ve ölçüm hatalarına rastlanılmaktadır Bu durum saatlik bazda güneş radyasyonu modellerinin geliştirilmesi ihtiyacını doğurmaktadır. Bu sebeple saatlik küresel güneş radyasyonu verilerindeki eksik ve hataları giderebilmek adına Bahel (kübik Angstrom-Prescott) modeli Türkiye'deki her iklim bölgesini temsil edecek şekilde 8 istasyon için uygulanmıştır. Öncelikle yıllık kalibrasyon yöntemi denenmiş, ancak Angström-Prescott temelli modellerin genel sıkıntısı olan katsayıların sabitliği problemi nedeniyle farklı ölçekteki kalibrasyon yöntemlerinin de denenmesine karar verilmiştir. Buna göre tezin son halinde model uygulamasında aylık, mevsimlik ve yılık olacak şekilde 3 ayrı uygulama tekniği denenerek bunlar kendi içlerinde kıyaslanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre mevsimlik kalibrasyon yöntemi uygulanan Bahel modeli en yüksek başarım değerine sahiptir. Bahel modellerinin başarımı doğrudan istasyonların bulunduğu bölgedeki iklimsel özelliklere de bağlıdır. Mevsimlik Bahel modeli için 2016 yılında tüm istasyon ortalamasında R2 değeri 0,9430, RMSE değeri 59,283 ve MBE değeri -3,661 olarak bulunmuştur. Ardından, seçilen mevsimlik Bahel modeli üzerinde yapay sinir ağı ile model çıktılarını iyileştirme işlemi uygulanmış ve iyileştirilmiş Bahel modeli ile başlangıç Bahel modeli sonuçları kıyaslanmıştır. Yaklaşık 500 yapay sinir ağı denemek ve eğitim seti olarak 2011-2015 yılları arası verileri yerleştirmek suretiyle yapay sinir ağının eğitimi gerçekleştirilmiştir. Yapay sinir ağlarıyla iyileştirilmiş 2016 yılı Bahel modelinin 0,9587 R2, 52,4117 RMSE ve -0,796 MBE değerlerine sahip olduğu belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde yapay sinir ağları uygulanarak iyileştirilmiş kübik Angström-Prescott modelinin, sadece kübik Angström-Prescott uygulamasına nazaran daha iyi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. 2011-2016 yılları datası kullanılarak gerçekleştirilen bu çalışmada T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü tarafından sağlanan veriler kullanılmıştır.
Türkiye'nin çeşitli illerinde yapılacak arazi tipi lisanssız güneş enerjisi santrali yatırımlarının teknik ve finansal analizi
Enerji, ekonomik gelişimin en önemli girdilerinden biri olarak görülmekte ve devlet bağımsızlıklarının en önemli yapıtaşlarından biri olarak yerini almaktadır. Bu noktada konvansiyonel enerji kaynaklarına ulaşım zorluğu, kaynakların azalması ve sürekli değişen girdi maliyetleri son yıllarda yenilenebilir enerjiye olan ilgiyi arttırmıştır. Bütün dünyada enerji bağımsızlığını arttırabilmek adına yenilenebilir enerji kaynakları, enerji politikaları içerisindeki yerini günden güne arttırmakta ve yine bununla birlikte yenilenebilir enerji kaynak kullanımının arttırılabilmesi için teşvik mekanizmalarının oluşmasına sebep olmaktadır. Türkiye gibi dışa bağımlılığın yüksek, konvansiyonel kaynakların yetersiz olduğu ülkelerde enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı konuları önem arz etmektedir. Bilindiği üzere Türkiye rüzgar ve güneş potansiyeli olarak dünya ortalamasının üzerinde olup bu potansiyelin büyük kısmını kullanmaya başlamamıştır. Bu bağlamda Türkiye son 10 yılda önemli ilerleme göstermiş ve yenilenebilir enerji özelinde önemli teşvikleri ön plana çıkartmıştır. Hızla düşen kurulum maliyetleri, bu teşvikleri ön plana çıkartmış ve birçok yatırımcının bu alana yönlenmesine sebep olmuştur. Bu husus, çevre bilincinden ziyade yatırımın karlı olmasından dolayı bu alana yatırımları arttırmıştır. Türkiye, teşvik dönemi bitişinde de sosyal olarak bu gelişimi sürdürmeye devam edebilmeli, halka ve işletmelere enerjinin yenilenebilir enerjiden üretilmesinin önemi aşılanmalı ve teşviksiz üretim santrallerinin kurulumunun da önü açılabilmelidir. Bunun yanında bu hususlar ile birlikte devlet tarafından bürokrasinin azaltılması santrallerin sayılarının artmasına önemli katkı sağlayacaktır. Çalışmada yenilenebilir enerji kaynaklarından güneşin ülkemizin çeşitli bölgelerindeki potansiyeli incelenmiştir. Öncelikle çalışmada kullanılacak PVSyst programının veri doğruluğunun kontrolü yapılmış, bu hususta halihazırda üretime devam eden 3 adet güneş enerjisinden elektrik üretim santralinin gerçek verileri PVSyst verileri ile karşılaştırılmıştır. P50, P75 ve P90 belirsizliklerine göre üretim hesabı yapılmış, gerçek veriler ile P50 verileri arasında %0,31, P75 verileri arasında %3,73 ve P90 verileri arasında %7,04 fark bulunmaktadır. Bu noktada ileride oluşabilecek riskler de gözönüne alınarak finans kuruluşlarının da sıklıkla kullandığı P75 belirsizlik ile yapılan analiz sonuçları finansal analiz için kullanılacaktır. Karşılaştırma sonuçları ışığında; belirlenen 8 şehir için de uygun, performans oranı % 80 nin üzerinde bir konfigürasyon seçilmiş, bu konfigürasyon için her şehrin verileri hesaba katılarak panel-evirici uyumluluk analizleri yapılmıştır. Sonrasında her şehir için uygun noktalar belirlenmiş olup arazi fiyatları incelenmiş, illere göre geliştirme ve kurulum maliyetleri hesaplanmış, PVSyst aracılığıyla üretim verileri elde edilmiştir. Seçilen 8 şehir için %100 özsermaye ile finansal analiz yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar ile birlikte en hızlı geri dönüşe sahip Şanlıurfa için finans kuruluşlarının birinden ilk yılı geri ödemesiz 3 ayda bir ödemeli 25, 29 ve 33 taksitli kredi seçenekleri alınmış olup Şanlıurfa şehri için detaylı analiz yapılmıştır. Detaylı analizde seviyelendirilmiş enerji üretim maliyeti, yatırımın geri dönüş süresi, iç verim oranı ve net bugünkü değer hesabı yapılmıştır. Uygun proje seçiminde iç verim oranı üzerinden seçim yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında yenilenebilir enerji kaynaklarının daha fazla kullanılması, bölgesel teşviklerin ve bilgilendirmelerin arttırılması hususunda çeşitli önerilerde bulunulmuştur.
Rüzgar hızı serilerinde doğrusal interpolasyon ve ARIMA modelleriyle eksik veri tamirinin enerji hesabına etkileri
Rüzgar santralleri işin doğası gereği zorlu meteorolojik şartların hakim olduğu bölgelerde kurulmak istenir. Bu sayede yüksek rüzgar hızı olan bölgeden yüksek elektrik enerjisi üretimi sağlanabilir. Bu ilk bakışta bir avantaj olarak görülse de ölçüm sırasında şartların zorluğu sebebiyle kayıplar yaşanabilir. Ölçümlerde karşılaşılan kayıpları ortadan kaldırmak için farklı yöntemler kullanımaktadır. Bölgenin yakınlarında meteoroloji istasyonu var ise buradaki verilerden yaralanılarak kayıp veriler yerine tahminlerde bulunulabilir. Bu tahminleri yapabilmek için sektörde yaygın bir şekilde kullanılan simulasyon programları bulunmaktadır. Tez kapsamında ölçüm sırasında karşılaşılması muhtemel olan veri kayıplarını matematiksel yöntemler kullanarak tamir edilerek ve yeni elde edilen veriler ile kurulumu yapılacak bir türbin tarafından bölgede üretilecek elektrik enerjisi hesaplanmıştır. Kayıp veri tamiri için Zonguldak Devrek ilçesinde ölçülmüş ve kayıt altına alınmış olan rüzgar verilerinin izin verilen sınır olan %20'si silinerek bu eksik veriler üzerinde çalışılmıştır. Bu sayede elimizde halihazırda bulunan gerçek rüzgar şiddeti verileri ile tahminleri içeren rüzgar şiddeti verileri karşılaştırılabilmiştir. Tahmin için ihtiyacımız olan eksik verileri içeren rüzgar şiddeti verisini elde etmek için ilk olarak gerçek ölçümler içinden rastlantısal olarak dağılmış şekilde silinmiştir. İkinci aşamada ise eksik verilerin dönemsel olarak veri içerisinde dağılmış olduğu durum elde edilecek şekilde silinmiştir. Farklı şekillerde eksik verileri içerecek şekilde hazırlanmış iki farklı rüzgar şiddeti kayıdı eksik verilerin önce doğrusal olarak değiştiği varsayılarak ardından da ARIMA (otoregresif tümleşik hareketli ortalamalar modeli) modeli kullanarak tamamlanmıştır. Tamamlanan yeni rüzgar şiddeti verileri ile güç hesabı yapılarak bulunan sonuçlar hem gerçek değerler hem de birbirleri arasında karşılaştırılma yapılarak rüzgar ölçümlerinde matematiksel yöntemlerin kullanılarak eksik verilerin tamamlanmasının gerçeğe yakın sonuçlar verip vermediği araştırılmıştır.
Geçirgen ve iletken elektrot olarak karbon nanotüp katkılı indiyum kalay oksit ince filmlerin geliştirilmesi
In2O3 kristal yapısının içerisine Sn4+ iyonlarının yerleşmesi ile meydana gelen indiyum kalay oksit (ITO) geçirgen iletken filmler, düşük yüzey direnci (<200 Ω/kare) ve görünür bölgede %80 üzeri geçirgenlik sergilemelerinden dolayı en çok tercih edilen elektrot malzemesi olarak karşımıza çıkmaktadır. Ancak, ITO'nun kırılgan yapıda olması film içerisinde mikro boyutta çatlaklar meydana getirerek cihazın performansını etkileyebilmektedir. Ayrıca, indiyum kaynaklarının sınırlı olması uzun vadede ITO kullanımında bir engel olarak görülmekte ve alternatiflere yönelinmesi gerektiğini düşündürmektedir. Geçirgen iletken elektrotların küresel pazar paylarına dair tahminler ise ITO'nun 2016-2020 döneminde %5,96 yıllık büyüme oranı ile hala önemli ölçüde kullanılmaya devam edeceğini öngörmektedir. Bu nedenle, ITO'nun çözelti bazlı, düşük maliyetli ve kolay uygulanabilir yöntemler kullanılarak üretilmesi önem taşımaktadır. Tez kapsamında, elektriksel iletkenliği ve mekanik dayanımı yüksek karbon nanotüplerin (CNT) ITO çözeltisi içerisine katkılandırılmasıyla ITO filmin yapısındaki mikroçatlakların giderilerek mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi ve yüzey direncinin düşürülmesi üzerinde çalışılmıştır. Ayrıca, sağlanan iyileşmelerle birlikte, ITO filmlerin çalışma ömrünün arttırılması ve maliyetinin düşürülmesi hedeflenmiştir. ITO filmlerin oluşturulmasında dönel kaplama yöntemi kullanılmıştır. CNT'lerin ısıl dayanımı termogravimetrik analiz (TGA) ile tespit edilmiştir. İnce filmlerin yüzey özellikleri ve kalınlıkları taramalı elektron mikroskobu (SEM), kristal yapısı ve ortalama partikül boyutu X-ışını kırınımı (XRD), yüzey direnci 4 nokta temaslı iletkenlik ölçüm sistemi ve optik geçirgenlikleri UV-Vis spektrofotometresi kullanılarak belirlenmiştir. Literatürdeki kısıtlı bilgilerden yola çıkılarak yürütülen bu çalışmada; ticari çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT), tek duvarlı karbon nanotüp (SWCNT) ve laboratuvarda kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemi kullanılarak üretilen tek duvarlı karbon nanotüp (LSWCNT) olmak üzere üç farklı CNT, 3:1 oranındaki HNO3:H2SO4 asit karışımı ile muamele edilerek fonksiyonelleştirilmiş ve ITO içerisine çözelti bazlı olarak katkılandırılmıştır. Fonksiyonelleştirme sonrasında tüm CNT'lerin ısıl dayanımında artış gözlenmekle birlikte; ısıl dayanımı en yüksek numune 630 °C değeri ile LSWCNT olmuştur. Tüm filmler için uygun kaplama sayısı 7 olarak belirlenmiştir. MWCNT-ITO ve SWCNT-ITO ince filmlerin yüzey direnci üzerinde katkılandırılan CNT miktarı, ısıl işlem sıcaklık ve süresi gibi parametrelerden hangisinin daha etkili olduğu 23 faktöriyel tasarım yöntemiyle incelenmiştir. Yüzey direncini, sıcaklık ve süre artışının önemli ölçüde azalttığı belirlenmiştir. MWCNT'lerin dispersiyonu ITO çözeltisi içerisinde daha zor olduğundan, 0,1 g/L derişime sahip SWCNT ile katkılandırılmış filmler homojenizasyon ve yüzey direnci açısından daha iyi sonuç vermiştir. En düşük yüzey direnci, 625 °C'de 1 saat süre ile ısıl işlem gören LSWCNT-ITO hibrit elektrot ile elde edilmiştir. Sonrasında yüzey direnci düşük olan filmler H2/Ar ortamında muamele edilerek yapıdaki oksijen boşluklarının ve dolayısıyla elektriksel iletkenliğin arttırılması sağlanmıştır. İndirgen ortamda uygulanan işlem sonrasında LSWCNT-ITO filmlerin yüzey direnci 590 Ω/kare olarak ölçülmüştür. ITO içerisine katkılandırılan tüm CNT'ler kristal yapıyı iyileştirmiştir. Ortalama partikül boyutu MWCNT içeren numunelerde artarken SWCNT ve LSWCNT numunelerinde azalmıştır. ITO filmler görünür bölgede 550 nm'de %83,58 optik geçirgenlik sergilemişlerdir. Ayrıca, optik geçirgenliğin nanotüplerin çeşidinden çok katkılandırma miktarına bağlı olarak değişim gösterdiği belirlenmiştir.
Effects of neglected terms in Josephson junctions
It took over 40 years to develop a consistent theory (BCS-Bogoliubov) of superconductivity after its experimental discovery, in the simplest case of spin-singlet, s-wave orbital symmetry. The investigation of other types of symmetry in superconducting and superfluid systems was stimulated after the discovery of A and B phases of 3 He and unconventional pairings in heavy fermion and cuprate high temperature superconductors (HTS). The non-BCS pairing mechanisms underlying superconducting phases with unconventional symmetry remain one of the most intriguing problems in condensed matter physics. In high temperature superconductors, the pairing symmetry is solidly established as spin-singlet, orbital d-wave, while in different superconductors other symmetries are observed as well. While the nodal lines of the superconducting gap dx2-y2 attracted much attention, because they allowed as unusual (for BCS case) combination of superconductivity with low-energy excitations, a no less interesting consequence of d-wave symmery followed from the order parameter changing sign, thus producing an intrinsic, direction-dependent -shift of the superconducting phase. This phenomenon is particularly well manifested in the properties of Josephson junctions with high temperature superconducting materials, leading to the appearance of spontaneous currents and bistabilities, Andreev bound states and zero-bias anomalies in the normal conductance of Josephson junctions produced by the existance of these bound states. The latter was instrumental in establishing their d-wave pairing symmetry and remains the subject of an intensive theoretical and experimental research over the years. The process of Andreev reflection converts the quasi particle current to the supercurrent via the incoming electron-like quasiparticle is being reflected by the off-diagonal superconductor potential (order parameter) as a hole-like quasiparticle and vice versa. The effect takes place not only on SNS junctions but also in weak links and whenever two superconductors with different amplitudes of the order parameter are brought in contact. In Josephson junctions this leads to the formation of Andreev levels. The Andreev reflection amplitude depends on the superconducting phase; therefore, the Andreev levels are phase-sensitive. This allows to express both the superconducting and quasiparticle contributions of the Josephson current in terms of transport through the Andreev levels. The Andreev bound state with energy zero appears in junctions containing a superconductor with direction dependent -phase shift of the order parameter, which leads to canceling the energy-dependent terms in the quantization condition for this level. Its existance produces the specific zero-bias conductance peak (ZBCP) in the differential conductance of the Josephson junction. A convenient method of calculationg conductance of restricted quantum structures is based on the Landauer-Büttiker approach, expressing it through the scattering coefficients. In the following we will show that the appearance of ZBCP in HTS Josephson junctions may drastically change if certain terms, which are usually neglected in such calculations, are properly considered.
Küçük ölçekli rüzgar türbinlerinin yerleşim alanlarında kullanımının analizi
Rüzgar enerjisi sektörü tüm Dünya'da olduğu gibi Türkiye'de de gün geçtikçe gelişmektedir. Bu gelişimin temel sebebi elektrik ihtiyacındaki artıştır. Aynı zamanda elektrik ihtiyacının yenilenebilir ve temiz bir enerji kaynağından elde edilmesi de önem kazanmaya (Fosil yakıtların tükenmesi, havanın kirlenmesi ve küresel ısınma gibi sebeplerden) başlamıştır. Türkiye'de yenilenebilir enerji kaynakları arasında hidrolik enerjiden sonra en önemli elektrik üretim kaynağı rüzgar enerjisi olarak karşımıza çıkmaktadır. Türkiye'de rüzgar enerjisi potansiyelinin fazla olmasının en büyük sebebi, coğrafi konum kaynaklı yoğun olarak maruz kaldığı batı rüzgarlarıdır. Bu rüzgarlardan ağırlıklı olarak büyük ölçekli türbinler ile elektrik üretimi yapılmaktadır. Gelişen teknolojinin de etkisi ile büyük ölçekli sistemlerin yanı sıra küçük ölçekli sistemlerin kullanımları da artmaya başlamıştır. Ancak maliyet, sistem güvenilirliği ve geri ödeme süresinin fazla olması gibi sorunlar sebebiyle gelişim çok yavaş olmaktadır. Bu çalışmada öncelikle, güncel veriler ile Türkiye'deki ve Dünya'daki rüzgar enerjisi durumu incelenmiştir. Küçük ölçekli türbinlere ait teknik ve sosyal konular ile alakalı genel bilgiler verilmiştir. Çalışma kapsamında Dünya'da bazı ülkelerdeki küçük ölçekli rüzgar enerjisi sistemlerine ait enerji politikaları ve bu konuda yapılan çalışmalar incelenmiştir. Örnek olarak incelenen ülkeler; Malezya, Tayvan, Yeni Zelanda, Çin Halk Cumhuriyeti, Amerika Birleşik Devletleri ve İran'dır. Çin Halk Cumhuriyeti ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki rüzgar enerjisi politikalarının incelenmesinin sebebi, bu ülkelerin küçük ölçekli rüzgar enerjisi alanında Dünya liderleri olmaları ve bu konuda Türkiye'deki yapılacak olan çalışmalara örnek teşkil edecek düzeyde olmalarıdır. Diğer ülkelerin rüzgar enerjisi alanında uyguladıkları politikaların incelenme sebebi ise Türkiye ile ekonomik açıdan benzer düzeyde ülkeler olmalarıdır. Daha sonra Türkiye'nin küçük ölçekli rüzgar enerjisi alanındaki politikalarından bahsedilmiştir. Küçük ölçekli rüzgar enerjisi sistemlerinin yerleşim alanlarında yaygınlaştırılabilmesi için yapılmış çalışmalar incelenmiştir. Küçük ölçekli rüzgar türbinlerinde örnek hesaplama çalışması yapmak için öncelikle bir bölge belirlenmiş ve rüzgar verileri temin edilmiştir (Bolu iline ait beş yılı kapsayan saatlik veriler Meteoroloji İl Müdürlüğü'nün on metre yükseklikteki ölçüm istasyonuna ait verilerdir). Windographer programı kullanılarak rüzgar verileri değerlendirilmiştir. Belirlenmiş olan yüksekliklerde rüzgar türbinleri ile hesaplama yapabilmek için verilere güç kanununa göre ekstrapolasyon yapılmıştır. Ekstrapolasyon sonucu elde edilen rüzgar hızları ile dışarıdan tanımlanan (iki farklı marka ve üç farklı kapasitedeki) beş türbin ve programda tanımlı olan (üç farklı marka ve iki farklı kapasitedeki) üç türbin için hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen hesaplamaların sonuçlarında türbinlerden elde edilen enerji çıktıları düşük çıkmıştır. Lokasyon değişimini de inceleyebilmek adına aynı şartlar korunarak rüzgar hızı açısından daha iyi olduğu bilinen bir lokasyonun (Balıkesir ili Ayvalık ilçesi) rüzgar verileri temin edilmiş ve hesaplamalar tekrarlanmıştır. Ayvalık ilinde hesaplamalar öncelikle 10 metredeki rüzgar verilerinin 30 metreye enterpolasyonu ile gerçekleştirilmiştir. Daha sonra 30 metredeki ölçüm verileri ile hesaplamalar tekrarlanmıştır. Enterpolasyondan elde edilen sonuç ile ölçüm verilerinden elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak enterpolasyon işleminin sonuç üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Bu tezin sonuç bölümünde, hesaplamaların sonuçlarına ve çalışma boyunca yapılan literatür araştırmaları ve incelenen enerji politikalarına istinaden Türkiye'de küçük ölçekli rüzgar türbinlerin yaygınlaştırılabilmesi konusunda yapılabilecek çalışmalara ve düzenlemelere değinilmiştir.
Fırat-Dicle, Çoruh ve Doğu Karadeniz havzalarında ekstrem değer dağılımı ile taşkın frekans analizinin yapılması
Akımların incelenmesi akarsu havzalarında bulunan enerji yapıları için büyük önem taşımaktadır. Taşkın değerleri baraj rezervuarlarının biriktirme kapasitesinin hesabı ve taşkın yapılarının projelendirilmesinde kullanılmaktadır. Bu nedenle geçmiş akım kayıtları incelenerek taşkın akımları değerlendirilmesi gelecekteki su kaynakları projelerinin planlanması açısından büyük önem arz etmektedir. Ayrıca gelecekte oluşabilecek taşkınların bilinmesi su yapılarının optimum bir şekilde planlanması ve işletilmesinin yanı sıra özellikle hidroelektrik santrallerin planlanması ve işletilmesinde büyük önem kazanmaktadır. Bu çalışmada, güncel verileri Devlet Su İşleri (DSİ)'den alınan Türkiye'nin önemli su kaynaklarının bulunduğu ve gelecekte yeni enerji projelerinde yoğun olarak kullanılması planlanan Çoruh, Doğu Karadeniz ve Fırat-Dicle havzalarının farklı yerlerinde bulunan toplam 38 adet akım gözlem istasyonunun yıllık anlık maksimum akış verileri değerlendirilmiştir. Taşkın debileri kullanılarak Türkiye'de diğer dağılımlara göre daha güvenilir sonuç verdiği kanıtlanmış olan ekstrem değer dağılımı kullanılarak taşkın frekans analizi yapılmıştır. Taşkın frekans analizi ile elde edilen tahmin değerleri ile ölçüm değerleri yıllık anlık maksimum akış-dönüş aralığı, kuantil-kuantil grafiği, eklenik dağılım grafiği ve olasılık dağılım grafikleriyle karşılaştırılmış ve modelin tutarlılığı Nash-Sutcliffe verimlilik, ortalama hata kareleri kökü ve R2 deterministik katsayı hesaplanarak değerlendirilmiştir. Dağılımın taşkın değerini ölçüm değerlerinden yüksek ya da düşük olma eğilimini bulabilmek için bias oranı hesabı yapılmıştır. Tüm bölgelere ait taşkın zarf grafikleri maksimum debi ve yağış alanları kullanılarak çizilmiş ve istasyon verileri karşılaştırılmıştır. Çizilen grafikler yorumlandığında ve GEV modelinin üç havza için de güvenilir sonuçlar verdiği sonucuna varılmıştır. İstasyonların büyük bir kısmında 0,95'in üzerinde NSE ve R2 değerleri hesaplanmıştır. Eklenik dağılım ve olasılık dağılım grafiklerinde GEV dağılımının ölçüm sonuçlarına yakın eğriler oluşturduğu gözlemlenmiştir. Tüm istasyonlarda taşkın frekans analizi ile elde edilen olasılık denklemleri kullanılarak 100, 200 ve 500 yıllık dönüş aralıklarına göre taşkın tahminleri yapılmıştır. Çalışmanın daha sonraki aşamasında taşkın debisi kayıtları uzun süreli olmayan veya akım gözlem istasyonlarının bulunmadığı yerlerde taşkın tahminlerinin yapılabilmesi için bölgesel analiz yapılmış ve her havza için ayrı bölgesel GEV eğrileri çizilmiştir. Yapılan tüm bu analizler sonucunda havzalarda gerçekleştirilecek enerji projelerinin planlama ve işletmesinde kullanılabilir önemli veriler elde edilmiştir.
Kömür yakıtlı bir enerji santralının enerji-finansal değerlendirmesi ve Zonguldak ili için bir uygulama
Bu yüksek lisans tez çalışmasında, ülkemiz için gerek enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesi hususunda gerekse de baz santral oluşu ile enerji arz güvenliğimizin sağlanması noktasında büyük öneme haiz kömür santralları bağlamında Zonguldak ili için kritik üstü tipinde pulverize kömür yakıtlı bir enerji santralının enerji ve finansal değerlendirmesi ele alınmaktadır. Çalışmanın enerji değerlendirmesi kısmında, santralın termal çevrimine dahil olan alt sistemler için enerji ve ekserji denge denklemleri uygulanmıştır. Finansal değerlendirme kısmında ise santrala ait yatırım maliyetleri ile işletme gelir ve giderlerinin göz önünde bulundurulduğu dinamik bir finansal model oluşturulup brüt verim, kapasite kullanım faktörü, yatırım maliyeti, kömür birim fiyatı ve elektrik satış birim fiyatı gibi farklı parametrelerin değişimlerinin Net Bugünkü Değer, İç Verim Oranı ve Geri Ödeme Süresi gibi yatırımın finansal değerlendirilmesine ilişkin ölçütlere etkileri incelenmiştir.
2018-2023 yılları arasında Türkiye'nin yenilenebilir enerji yatırım portföyünün kurgulanması: Çok amaçlı doğrusal programlama metodu önerisi
Dünya enerji görünümüne bakıldığında önümüzdeki birkaç on yıl içerisinde dünya enerji piyasalarının ciddi bir dönüşüm geçireceği öngörülmektedir. Öncelikle CO2 emisyonunun azaltılması ve COP21'in getirdiği aksiyon planı ile birlikte özellikle yenilenebilir enerji üretim teknolojileri alanında yaşanan hızlı gelişmeler ülkelerin orta ve uzun vadede enerji üretim ve tüketim alışkanlıklarında etkili olacaktır. Bununla birlikte dünyada enerji tüketiminde elektrik enerjisinin payının 2040 yılında %40 oranına çıkması beklenmektedir. Elektrik enerjisinin bu gelişiminde öne çıkacak teknolojiler ve yenilikler; elektrikli araçlar, ısı pompaları, yeni elektronik cihazlar ve digital teknolojilerdir. Tüketim tarafında talep edilen bu elektrik enerjisinin karşılanması için ülkelerin elektrik enerjisinin üretim, iletim ve değıtım gibi alanlarında yeni yatırımlar yapması gerekmektedir. Özellikle CO2 salınımlarının engellenmesi ve daha ucuz elektrik enerjisine erişim için ülkelerin elektrik enerjisi üretim portföyü hayati önem taşımaktadır dolayısıyla araştırma ve geliştirme yatırımlarının ağırlıklı kısmı elektrik enerjisinin üretimi için yapılacaktır. Bu noktada bakıldığında bir ülkenin elektrik enerjisi üretiminde kaynak çeşitliliği ve kaynak planlaması gerek CO2 salınım hedeflerine ulaşmasında gerekse elektrik enerjisini makul fiyatlarla vatandaşlarına sağlaması noktasında önem arzmetkedir. Tabiki elektrik enerjisi dediğimiz zaman konuya sadece CO2 emisyonu ve ekonomik kaygılarla yaklaşmak yeterli olmayacaktır, bununla birlikte yapılan yatırımlarla yaratılan istihdam ve ülkelerin makroekonomik verilerinde yaratılan pozitif katkılar da önemli etkenlerdir. Bu çalışmada yukarıda özetlenen bilgiler çerçevesinde Türkiye'nin 2018-2023 yılları arasında yenilenebilir enerji yatırımlarının (güneş, rüzgar, jeotermal, biyogaz ve hidroelektrik) 4 farklı amaç (CO2 emisyonu, teşvikler ve elektrik fiyatları dâhil toplam yatırım miktarları, toplam istihdam miktarı ve toplan cari açığa pozitif katkı) gözetilerek nasıl kurgulanması gerektiği araştırılmıştır. Çok Amaçlı Programlama metodu kullanılarak R-Paket programında modelleme yapılmıştır. Bu metodda amaç fonksiyonlarının kullanıcı önceliği olmadan tekil hale getirilebilmesi için ise Dinkelbach'ın algoritması ve Güzel'in geliştirdiği yaklaşım kullanılmıştır. Ayrıca açıklanan mevcut hükümet politikalarıda bu çalışmanın sonuçlarına göre değerlendirilmiş ve tartışılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda görülmektedir ki kurulu güç dağılımında teknik, ekonomik, sosyal ve çevresel etkenler doğru şekilde değerlendirildiğinde en uygun yatırım planlaması doğru ve sağlıklı bir şekilde yapılabilmektedir. Ayrıca bu çalışmanın sonucunda, rüzgâr ve güneş enerjisi için büyük güçlerde kapasite tahsisi ve yerli ekipman üretim zorunluluğu, şebeke altyapısına yatırımı ve jeotermal-biyogaz santralleri için yeniden tasarlanmış teşvik mekanizmaları gibi bazı yeni politikaların uygulanması önerilmektedir.
Ankara ili doğal gaz tüketiminin yapay sinir ağları ile öngörüsü
Enerji insanlık tarihinden günümüze kadar toplumların gelişmesinde ve sosyal yaşamlarında etkili olan en önemli etkenlerden biridir. Günümüz dünyasında enerji ihtiyacı petrol, doğal gaz, kömür gibi fosil yakıtların haricinde rüzgar, güneş, biyokütle, jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından da karşılanmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları ile ilgili yatırımlar son yıllarda hızlanmış dahi olsa da hala dünyada kullanılan enerjinin %86'sı fosil yakıtlardan sağlanmaktadır. Dünyada enerji kaynaklarının kullanımında 1. sırada petrol gelmektedir. Petrolü kömür ve doğal gaz izlemektedir. Petrol, doğal gaz, kömür gibi kaynaklar, dünyaya eşit olarak dağılmamış olması ve sürekli olarak artan bir talebe sahip olmaları sebebiyle çok yüksek ekonomik ve stratejik değere sahiptirler. Bu sebeplede üretim ve satış süreçlerinde gerek devletler gerekse şirketler düzeyinde bir çok oyuncu bulunmaktadır. Türkiye, artan nüfusu ve gelişen ekonomisi ile sürekli olarak büyüyen bir enerji talebine sahiptir. Bulunduğu coğrafi konum gereği bir çok enerji tedarikçesine yakın olmasına karşın kendi sınırları içerisinde yeterli kaynağa sahip değildir. Bu sebeple enerji kaynakları bakımından dışa bağımlı bir ülkedir. Son yıllarda yapımı kısmi olarak gerçekleşen depolama tesisleri ile doğal gaz arz güvenliği bir nebze olsa da sağlanmaya çalışılmaktadır Türkiye'de enerji kaynakları kullanımında birinci sırada doğal gaz bulunmaktadır. Büyük çoğunluğu yurt dışından tedarik edilen doğal gazın talep tahmini ekonomik ve stratejik gerekçelerle büyük önem taşımaktadır. Tedarik edilen gazın hatalı tahmini durumunda, tahmin edilen gaz miktarından daha fazla gaza ihtiyaç duyulması halinde uluslar arası sözleşmeler kapsamında cezalı fiyatlar üzerinden ilave olarak ihtiyaç duyulan gaz tedariği gerçekleşebilir. Bu yaptırımlar uluslar arası tedarikçiler üzerinden diğer toptan doğal gaz şirketlerine de yansımaktadır. Eğer ihtiyaçtan fazla gaz talebi yapılırsa da kullanılmayan gazın bedeli ödenmek zorunda kalınabilir. Bu durumda oluşabilecek fark bedel yine uluslar arası tedarikçiler tarafından toptan doğal gaz ticareti yapan şirketlere veya dağıtım şirketlerine yansıtılabilir. Bu sebeple doğal gaz ticaretinin her aşamasında tüketim tahmini oldukça önem arz etmektedir. Bu çalışma kapsamında Ankara iline doğal gaz tüketiminin yapay sinir ağları ile ön görüsü yapılmıştır. Doğal gaz tüketim talebi bölgesel gaz dağıtımı yapan dağıtım şirketleri içinde yatırım planlama, işletmesel öngörüler gibi sebeplerle oldukça önemlidir. Doğal gaz dağıtımı, EPDK tarafından dağıtım lisansı verilmiş şirketler tarafından yürütülmektedir. Dağıtım lisansı verilirken aynı zaman ilgili şirkete dağıtım sınırları da EPDK tarafından bildirilmektedir. Bu sebeple bu çalışmada Başkent Doğal Gaz Dağıtım GYO A.Ş. lisans sınırları içerisinde bulunup 2014-2017 yılları arasındaki tüketim değerleri kullanılmıştır. Türkiye doğal gaz piyasında iki farklı doğal gaz tüketicisinden bahsedilebilir. Bunlar serbest ve serbest olmayan tüketicilerdir. Serbest olmayan tüketiciler genel olarak belirli tüketimin altındaki konut tüketicileridir. Bu çalışmada, büyük tüketimler gerçekleştiren mal ve hizmet üreten tesisler yani serbest tüketiciler dışında kalan tüketci türünün verilerinden faydalanılmıştır. Yapay sinir ağları öğrenme yetenekleri, yüksek hata toleransları, eksik veriyle işlem yapabilme özellikleri, doğrusal olmayan problemleri kolayca çözebilme becerileri sebebiyle talep tahmini süreçlerinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Yapay sinir ağlarının öğrenme süreçleri örneklerin ağa tanıtılması üzerinden yapılır. Ağa girdi olarak verilen örnek dataların çıktı ile karşılaştırılması yöntemi ile öğrenme süreci gerçekleşir. Örnekler sayesinde öğrenme işleminin tamamlanmasının test dataları ile ağı test edebiliriz. Test sonuçlarının başarılı olması sonrasında yapay sinir ağı tahmin gerçekleştirmek için hazır hale gelmektedir. Yapılan çalışma kapsamında yapay sinir ağına girdi olarak nem, ortalama sıcaklık tahmini, minumum sıcaklık tahmini, maksimum sıcaklık tahmini, hissedilen minumum sıcaklık tahmini, hissedilen maksimum sıcaklık tahmini, BBS (Bağımsız Birim Sayısı) ve ısıl değer verilmektedir. Çıktı kısmında ise tüketim bulunmaktadır. Girdi verilerinden hissedilen sıcaklık datası, matematiksel formuller yardımıyla sıcaklık tahmini verilerinden türetilmiştir. Tahmin yaparken ileriki bir tarihte gerçekleşmesi beklenen tüketim değeri için çalşma yapılıyor olması sebebiyle meteoroloji verilerinde ölçülen değil tahmin edilen sıcaklık değerleri kullanılmıştır. Yapay sinir ağlarında kullanılan veriler 2014-2017 yıllarını kapsamaktadır. Sıcaklık ve nem verileri Meteoroloji Genel Müdürlüğünden tedarik edilmiş olup, Bağımsız Birim Sayısı (BBS), ısıl değer ve tüketim değerleri ise Başkent Doğal Gaz Dağitım GYO A.Ş. 'den tedarik edilmişir. Bu verilerin 2014-2016 yılları arasındaki datalarını yapay sinir ağını eğitmek için kullanılmıştır. 2017 yılı verisi ise ağın testi için kullanılmıştır. Oluşturulan yapay sinir ağında öncelikli olarak sıcaklık tahmin verilerinin doğal gaz tüketim tahmini üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ayrıca iki farklı aktivasyon fonksiyonunu deneyerek en iyi sonucu verecek olan yapay sinir ağının tespiti yapılmıştır.
Life cycle analysis of PV-assisted charging station
Due to increasing population and technological developments, the demand for energy continues to increase in the developing countries. Strong rising trends have been also recorded in Turkey and Asian countries. In response to this demand, hydrocarbon-based fossil fuels have always had a larger share than other primary energy sources. This causes problems such as environmental pollution, high emissions and global warming. Transportation sector forms large portion of this problem. But electric vehicles can be a solution to this problem. Increasing penetration of electric vehicles into daily transportation system can bring new opportunities not only to reduce environmental emissions and grid impacts but also more profit for vehicle owners and vehicle charging station owners. This study proposes a hybrid model of optimization for scheduling of a charging station using battery storage. Electric vehicle charging station offers bi-directional energy transfer both from grid to vehicle and from vehicle to grid. Vehicle-to-Grid (V2G) technology enables the electricity stored in the batteries of electric cars to be made available to the grid at times of high demand. When demand is low vehicles can perform regular charging. With this technology EV drivers will have opportunity to earn money depending upon their contribution to grid. On the other hand, this storage capacity can be used by grid operators to balance peaks and troughs of energy demand and supply. Because of environment friendly solution for the charging process of electric vehicles is one of the most important issues, the designed station is also intended to make use of solar energy source. This model has an electric vehicle station with ten vehicle-size, an external storage battery, solar panels and grid connection. In the charging station part, the hourly power demands of the vehicles and the possible energy amounts that they could transfer to the other vehicle or network were calculated on an hourly basis. Hourly solar power production was also calculated. Then system checks the relation between EV demand, possible supply and solar power which is called operational scenarios. According to the operation scenarios, decisions such as electricity purchase from grid, storing excess energy in battery or transferring excess energy of vehicles from one to another are taken. Then objective function and the basic technical and economic constraints and parameters of the four main parts of the system were established. As a result, a model that evaluates economic benefits to calculate potential operator revenue was developed with MATLAB. Then, the states of these variables were studied according to scenarios. Two scenarios were created at this stage. In the first part of the first scenario; the system was operated with the actual price and demand and market prices in accordance with the regulations in Turkey. In the second part, the conclusions that will arise when the prices fall below the European Union prices have been examined. In the second scenario; price parameters affecting the system are calculated based on future prices. In this scenario; changes in market prices that occurred in Europe was examined and prices may occur in Turkey was added as an input to the system. The results of two key case studies were compared to examine the impact on the system of changing prices such as different electricity sales prices, parking fees and charge service fees.
Kampüs binalarında şebekeden bağımsız bir çatı üstü fotovoltaik sistem tasarımı ve benzetimi
Yenilenebilir enerji kaynakları, diğer enerji kaynaklarına göre insanlığın enerji talebini karşılıyabilecek en temiz ve güvenilir kaynaklardır. Bu sebeple yenilenebilir enerji kaynaklarından enerji elde edilmesi çalışmaları hızla artmaktadır. Dünyada tüm enerji üretiminde yenilenebilir enerjinin payı %13.4 ve elektrik enerjisi üretimindeki pay ise %22.8 civarında olsa da, yenilebilir enerjiye yapılan yatırım, bu alandaki istihdam oranı ve kurulu güç miktarlarının senelik artışlarına bakılınca, bu konuda dünyanın çok daha hızlı ilerlediği görülmektedir. Bu oranlara benzer şekilde fotovoltaik sistemler, yenilenebilir enerji kaynakları arasında üretim payı olarak düşük bir oranda kalsa da, senelik olarak dünyada %45.5 civarında bir artışa sahiptir. Daha önceden maliyetli bir enerji üretim şekli olarak görülen fotovoltaik sistemler, son yıllarda bu konuda yapılan ilerlemeler ile çok daha cazip hale gelmiştir. Türkiye coğrafi konumu itibariyle çok iyi bir güneş enerjisi potansiyeline sahip olsa da daha çok güneşten sıcak su üretimi için uygulanan ısıl güneş sistemleri alanında faydalanılmıştır. Enerji üretimi konusunda fotovoltaik teknoloji ülkemizde son on yıla kadar yok denecek kadar az bir paya sahipti. Türkiye'de son yıllardaki fotovoltaik kurulu gücündeki artış ise ülkenin hedefleri doğrultusunda çok ümit vericidir. Yenilenebilir enerjinin mutfağı olarak tanımlanan üniversiteler yeşil veya sürdürebilir kampüs projeleri yürütmektedirler. Bu projeler doğrultusunda görece elektrik üretiminin fazla sayılabileceği üniversite kampüsleri için fotovoltaik sistem uygulamaları, hem eğitim ve araştırma hem de elektrik üretimi adına çok güçlü bir alternatiftir. Bu sebeple bir çok üniversite kampüsü için hem teorik hem de uygulamalı çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmada İstanbul Teknik Üniversitesi Ayazağa Kampüsü'nde bulunan Enerji Enstitüsü binaları için şebekeden bağımsız bir fotovoltaik sistem tasarlanmış ve benzetimi yapılmıştır. Tasarım ve benzetim işlemlerinde PV*SOL yazılımı kullanılmıştır. Fotovoltaik sistem uygulamaları açık alan, bina çatıları veya bina cephesi uygulamaları olarak yapılabilmektedir. Açık alan uygulaması için enstitünün uygun bir arazisinin olmaması ve bina cephesi için tasarlanacak bir sistemin de çok maliyetli olacağı ön görülmesi sebebiyle tasarlanacak fotovoltaik sistem için en uygun yer olarak enstitü binalarının çatıları seçilmiştir. Enstitünün elektrik tüketim verileri göz önünde bulundurularak tüm elektrik tüketiminin fotovoltaik sistemler ile karşılanması için gerekli modül adeti hesaplanmıştır. Daha sonra binaların uygun olan çatı alanları için bir ön hesaplama yapılarak çatılara yerleştirilebilecek maksimum modül adet sayısı hesaplanmıştır. Ön hesaplamaların sonucu, çatı alanlarına kurulabilecek maksimum kapasitedeki bir fotovoltaik sistemin enstitünün elektrik tüketiminin yarısından azını karşılayabileceği ortaya çıkmıştır. Şebekeden bağımsız bataryalı bir sistem için böyle sonuç uygundur. PV*SOL yazılımının üç boyutlu tasarım aracı ile enstitü binaları modeli oluşturulmuş ve modüllerin bina çatılarına uygun şekilde yerleştirilmesi ile fotovoltaik sistem tasarlanmıştır. Modül olarak yerli üretim bir model seçilmiştir. Yazılımın otomatik oluşturduğu konfigürasyon seçenekleri doğrultusunda fotovoltaik sistemin diğer ekipmanları olan eviriciler ve bataryalar seçilmiştir. Benzetim sonucu fotovoltaik sistemin yıllık 88.642 kWh elektrik enerjisi üreteceği hesaplanmıştır. Bu miktar enstitünün gerçek yıllık elektrik tüketiminin %25'i kadardır. %72,3 verimle çalışan sistemin performans oranı %79,8 olarak hesaplanmıştır. Birim başına maliyet değeri ise 0,95 TL/kWh olarak hesaplanmıştır.
Elektrik motorlarında enerji verimliliği mevzuatının türkiye pazarına etkisinin analizi
Sanayi devriminden bu yana dünyanın seyrine büyük oranda yön veren enerji konusunun önemi her geçen yıl daha da artmaktadır. Dünyanın gelişmiş ve gelişmekte olan ekonomileri enerji arzının ve tedarikinin güvenliği, sürdürülebilirliği ve etkinliği üzerinde büyük ölçekli planlamalar ve yatırımlar yapmaktadır. Bu durum, enerjinin üretiminden iletimine ve tüketilmesine kadar önemli başlıklarda faaliyetleri de beraberinde getirmektedir. Bu faaliyetlerden biri elektrik enerjisinde verimli ürünler veya sistemler kullanarak, mevcut konforda azaltmaya gitmeden daha az elektrik enerjisi kullanmaktır. Böylece elektrik enerjisi talebinin ve dolayısıyla arzının artışını yavaşlatmak mümkün olabilecektir. Ayrıca, dünya elektrik enerjisi üretimi hala büyük ölçüde fosil yakıtlara bağlı olduğundan sera gazı salınımının azaltılmasına imkân doğacaktır. Özellikle sanayi sektöründe kullanılan elektrik motorlarının tüm dünyada tüketilen elektrik enerjisinin yaklaşık üçte birini tükettiği göz önüne alınırsa, bu ürünlerin verimliliği konusunda yapılacak çalışmalarla çok büyük tasarrufların elde edilebileceği ortadadır. Bu nedenle birçok ülke ve uluslararası kuruluş elektrik motorlarının verimliliğinin arttırılmasına yönelik teşvikler üzerine çalışmakta ve verimli elektrik motorlarının kullanılması için yasal düzenlemelerle önlem almaktadır. Elektrik motorlarının birden fazla türü olmakla birlikte sanayi sektöründe en çok kullanılan tipi "sincap kafesli asenkron motor" veya çeşitli kaynaklarda "indüksiyon motoru" olarak da adlandırılan motordur. Üç fazlı ve tek fazlı olarak üretilebilen bu motorlar çok uzun süre bakım gerektirmeden ve sürekli olarak çalıştıklarından dolayı, sanayide daha çok üretim tesislerinde kullanılmaktadırlar. Bu motorlar ihtiyaca göre 0,12 kW gücünden MW'lar mertebesine kadar sanayide kullanılabilmektedir. 2011 verilerine göre dünya üzerinde 2,23 milyar adet üç fazlı indüksiyon motoru hizmettedir. 1900'lü yılların başından bu yana kullanılan elektrik motorlarının ilk dönemlerde verimlilikleri fazla ön planda olmasa da, verim ölçümüne dair yöntemler bulunmaktaydı. Ancak son yıllarda verimliliğin önemli bir etken olmasıyla birlikte, ilerleyen üretim ve malzeme teknolojileri sayesinde bu motorların verimlerini arttırmaya yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Artan verimlilik talepleri ile birlikte elektrik motorlarının enerji verimliliği üzerinde çeşitli ulusal ve uluslararası standard kuruluşları daha önce de var olan elektrik motorlarında verim ve kayıp tespiti için standard deney yöntemleri ve verim sınıfları belirlemişlerdir. Genel olarak verim tespiti için Kuzey Amerika'da IEEE-112 Method B kullanılırken, dünyanın geri kalanında IEC 60034-2-1 Method 2-1-1B standardı kullanılmaktadır. Elektrik motorlarının verimliliğinin standardizasyonu bakımından Kuzey Amerika ve Avrupa ülkelerinin dünyanın geri kalanına göre başı çektiği görülmektedir. Ancak Kuzey Amerika ülkeleri, belirledikleri standardları verimlilikle ilgili yasal düzenlemelere hızlıca adapte ederken, Avrupa ülkelerinde aynı uygulamanın 10 yıl gecikmeyle yürütülmesi dikkat çekicidir. Kuzey Amerika ülkelerinde ABD standardı olan NEMA MG-1'e göre NEMA Efficiency, NEMA High Efficiency, NEMA Premium Efficency ve NEMA Super Premium Efficiency olarak verim seviyeleri tanımlanmıştır. Avrupa'da önce EFF1, EFF2, EFF3 olarak tanımlanan veri seviyeleri daha sonra IE1, IE2, IE3 ve IE4 olarak tekrar düzenlenmiştir. 2000'lerin başından itibaren Kuzey Amerika'da verimli motorların kullanımıyla ilgili yasal düzenlemeler uygulanmaya başlamışken, Çin, Güney Kore, Japonya, Brezilya ve Avrupa ülkeleri de daha sonra verimli elektrik motorlarının kullanılmasına yönelik yasal düzenlemeleri hayat geçirmiştir. Uygulama genel olarak sektörde ve literatürde minimum enerji performansı standardı (MEPS) olarak adlandırılmaktadır. Türkiye de Avrupa Birliği uyum yasaları çerçevesinde Avrupa ülkeleriyle eş zamanlı olarak MEPS uygulamasına (SGM 2012/2 mevzuatı) başlamıştır. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı'nın sorumluluğunda yürütülen uygulamaya göre Türkiye'de Ocak 2017'den itibaren IE3 motorlar veya bir değişken hız sürücüsü ile teçhiz edilmiş IE2 motorlar satılabilmektedir. Bakanlık bu uygulamada gerekli gördüğünde piyasadan satın aldığı motorları TSE deney laboratuvarlarına gönderip test ettirerek ürünlerin verimliliğini denetim altında tutmaktadır. SGM 2012/2 mevzuatı ve Avrupa'daki karşılığı olan 640/2009/EC, tüm dünyada tanımlanmış olan IE2 ve IE3 verim seviyelerine belirli bir oranda tolerans getirerek uygulanmaktadır. Bu çalışma kapsamında, Türkiye'de halen yürürlükte olan SGM2012/2 mevzuatının Türkiye pazarına etkisinin değerlendirilmesi yapılmıştır. Verim seviyelerine getirilen söz konusu tolerans nedeniyle, mevzuatın mevcut halinin Türkiye elektrik enerjisi sektörüne etkisinin kısıtlı olacağı değerlendirilmekte; bunun yerine ABD, Güney Kore, Çin, Japonya örneklerinde de olduğu gibi, standartlarla belirlenen IE3 seviyesinin zorunlu tutulması tavsiye edilmektedir. Üstelik IE3 seviyesinin zorunlu tutulması son yıllarda Avrupa'da da tartışılmaktadır. Ayrıca bu çalışma kapsamında Türkiye'nin en büyük cam üretim işletmelerinden birinin 236 adet motorundan, daha önce test edilen 5 adet örneğin IEC 60034-2-1 metoduna göre TSE'de verim deneyleri yapılmış verileri kullanılarak, firmanın yaklaşık motor verim envanteri hesaplanmıştır. Motorların değiştirilmesi durumunda hangi verim sınıfında motorların satın alınması halinde ne kadar tasarruf edileceği ve yatırımın geri dönüşü süresi hesaplanmıştır. Elde edilen verilerden yola çıkarak Türkiye geneli için yaklaşık tasarruf ve yatırımın geri dönüş süresi hesaplanmıştır.
Doğal gaz ticaret merkezlerinde fiyat oluşumlarının analizi: Türkiye için bir değerlendirme
Dünyada doğal gaz kullanım ihtiyacı her geçen gün artmaktadır. Bu talebi karşılamak için ülkeler aynı zamanda da stratejik bir kaynak haline gelen bu ürünün ticaretini gerçekleştirebilmek için aktif ilişkiler yürütmektedir. Doğal gazda talebin çok fazla ülke tarafından oluşturulması ve arzın ise sınırlı sayıda ülkeler tarafından sunulması, ticaretin gerçekleştirildiği piyasalar arasında farklı yapıların oluşmasına sebebiyet vermiştir. Bu yapıların üzerinde durduğu en önemli nokta da gazın nasıl fiyatlandırılacağı olmuştur. Doğal gaz kullanımına ilk başlandığında nasıl değer biçileceği bilinemediği için petrol ürünlerinin fiyatlarıyla ilişkilendirilmiştir. Ancak günümüze gelindikçe artan büyük gaz talebi, gazın arz ve talep noktaları tarafından çok iyi tanınmasını sağlamıştır. Bu durum da petrole dayalı fiyatlandırma yaklaşımını yetersiz kılmaktadır. Bu nedenle başta ABD ve Kuzey Avrupa ülkelerinde olmak üzere gazın değerinin ölçümlenmesinde ticaret merkezleri oluşturulmaya başlanmıştır ve doğal gazın fiyatları bu merkezlerde gerçekleştirilen ticari faaliyetlerin bir sonucu olarak arz ve talep taraflarının katılımıyla belirlenmektedir. Türkiye ise doğal gaz konusunda ithalat bağımlısı bir ülkedir. İhtiyaç duyduğu gaz arzını petrole dayalı uzun vadeli kontratlarla sağlamaktadır. Türkiye'nin zengin doğal gaz rezervlerinin yer aldığı coğrafyaya yakın olması, büyüyen ekonomisiyle artan iç talebi ve başta Avrupa olmak üzere gaz ihtiyacı olan ülkelere jeopolitik konumu itibariyle uzak olmaması, Türkiye'nin arz ve talep taraflarını birleştirici bir doğal gaz ticaret merkezi olma konumuna ulaşabilmesi için başlıca yeterli nedenler olarak görülmektedir. Bu çalışmada dünyadaki doğal gaz ticaret yapıları ve fiyat oluşumları incelenmiştir. Ardından Türkiye'nin mevcut piyasa yapısı ele alınmıştır. Hem bu mevcut yapıda gerçekleşen gaz fiyatlarının yapısına odaklanılmış hem de bir doğal gaz ticaret merkezi olma senaryosu ile fiyat analizleri yapılarak 2 ana senaryo tanımlanmıştır. Her iki durum içinde doğal gaz fiyatlarının 2020 yılı sonuna kadar aylık bazda tahminleri gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmaların yapılmasında da EViews 9.0 paket programı kullanılmıştır. Analizlerde Türkiye'nin 2011 yılından itibaren ithalatını gerçekleştirdiği gazın fiyatı ve ticaret merkezi olma senaryosunda yer verilen faktörlerin geçmiş yıllardaki değerleri toplanmıştır. Daha sonra bu değişkenlerin tamamı ilgili senaryolar kapsamında sırasıyla otoregresif entegre hareketli ortalama (ARIMA), eşbütünleşme analizi, vektör otoregresif (VAR) analiz ve yapay sinir ağları kullanılarak analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar açısından da 2020 yılı sonunda ARIMA ve VAR analizleriyle gaz fiyatlarının 12 $/MWh seviyelerinde, yapay sinir ağları yönteminin sonucuna göre ise yaklaşık 23 $/MWh seviyesinde olabileceği hesaplanmıştır. Çalışmanın sonunda da Türkiye'nin hem stratejik hem de jeopolitik açıdan ticaret merkezi olmasının ne denli önemli olduğu gerekçeleriyle dile getirilerek elde edilen fiyat tahmin sonuçları tüm detayları ile irdelenmiştir.
Fotovoltaik sistemlerin kurulum aşamaları ve işletimdeki santrallerin gerçekleşen üretim değerlerinin simulasyon sonuçları ile karşılaştırılması
Bu tez çalışmasında fotovoltaik güneş enerjisi sistemlerinin kurulum aşamaları ile ilgili bilgiler verilip, Türkiye'de şu anda işletimde olan santrallerin verim analizleri yapılmıştır. Santrallerin üretim değerleri simülasyon programı verileri ile karşılaştırılıp, öngörülen değerlerin ne kadar tutarlı olduğu gözlenmiştir. Çalışma altı bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, fosil yakıtların dünya üzerindeki olumsuz etkilerinden bahsedilip, yenilenebilir enerjiye olan ihtiyacımız vurgulanmıştır. Dünya genelinde ülkelerin bu durum karşısında uyguladıkları yaptırımlar ve geleceğe yönelik anlaşmalar hakkında bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde, fotovoltaik sistemlerin tarihsel gelişimine yer verilmiş ve günümüzde geldiği aşama, rakamlarla anlatılmıştır. Sistem bileşenleri hücre, inverter ve koruyucu ekipman maddeleri altında çeşitlendirilmiştir. Ayrıca, santral verimini etkileyen parametrelere de değinilmiş, güneş panelleri ve depolama sistemlerinin geleceği hakkında tahminlerde bulunulmuştur. Üçüncü bölümde fotovoltaik güneş enerjisi santrallerinin kurulum aşamaları anlatılmıştır. Bu bölüm izinler, ekipman seçimi, projelendirme ve uygulama süreçlerini kapsamaktadır. Süreç Türkiye'de kurulmuş üç projeden alınan tecrübeler yardımıyla, fotoğraflı örnekler ile aktarılmaya çalışılmıştır. Dördüncü bölümde kabul süreci ve sonrası hakkında bilgiler verilmiştir. Dağıtım şirketleri ve Tedaş'ın kabul aşamalarında dikkat ettikleri hususlar ve dokümantasyon işleri ile ilgili bilgilendirme yapılmıştır. Ayrıca işin son aşaması olan faturalandırma prosesinin detayları sunulmuştur. Beşinci bölümde Türkiye'de kurulmuş altı güneş enerjisi santrali üzerinden verim analizi yapılmıştır. Bu santrallerin aylık gerçekleşen üretim değerleri verilip, simulasyon programından çıkan değerler ile karşılaştırılmıştır. Altıncı bölümde sonuç ve öneriler yer almaktadır. Yapılan analiz neticesinde, GEPA ve MGM verileri kullanılarak oluşturulan simulasyon sonuçlarının üç santralde reel üretime çok yakın olduğu tespit edilmiştir. Diğer üç santralde ise tahmini üretim değerinden %6 ile %12 arasında daha fazla üretim gerçekleşmiştir.
Bir yüksek saflıklı germanyum dedektörünün monte carlo metodu ile simülasyonu ve verim kalibrasyonu
Bu tezin amacı bir yüksek saflıklı germanyum dedektörünün Cs-137, Co-60, Eu-152 ve Am-241 gibi kaynaklar için bulduğu spektrum değerlerini MCNP koduyla simüle etmek ve herhangi bir kaynak olmadanda sadece MCNP kodu kullanarak herhangi bir radyoizotopun spektrumunun elde edilebileceğini göstermektir. Bunun için izlenen yöntem dedektör karakteristiklerinin ve kaynağın içinde olduğu geometrinin MCNP programına veri girişinin yapılması ve programın çıkışında da kaynağın enerji ve sayım değerlerini almak olmuştur. Bir diğer amaçta dedektörün çalışma verimini yine farklı kaynaklar için MCNP kodu kullanarak elde edilebileceğini göstermektir. Bunun içinde Cs-137 kaynağı için belli olan deneysel verim değeri MCNP kodu ile hesaplanan verim değerine bölünerek bir katsayı bulundu. Daha sonra bu referans değeriyle diğer kaynaklara ait MCNP koduyla hesaplanan verim değerleri çarpıldı. Burada da amaç herhangi bir mesafe ve kaynak için MCNP koduyla dedektöre ait verimi hesaplamak olmuştur. Yaptığımız deneysel ve simülasyon karşılaştırması için deneysel geometriye mümkün olduğunca yakın bir geometriyi MCNP'ye input olarak girdik. Bu geometride kurşundan imal edilmiş zırh, radyoaktif kaynak ve dedektör bulunmaktadır. Bu geometride oluşan reaksiyonlar, MCNP tarafından sahip olduğu kütüphaneler ile simüle edilmiştir. MNCP kodu nükleer reaksiyonları simüle ederken rastgele sayı üretecini kullanmaktadır. MCNP nükleer reaksiyonların simülasyonunda rastgele sayıları kullanan başarılı bir araçtır. Örnekleme yaptığı her bir parçaçığı, karıştığı reaksiyonlar boyunca izler ve parçacık geçmişini tutar. Bunu yaparken her reaksiyon MCNP tarafından örneklenerek istatistik olarak simüle edilir. Monte Carlo tekniği basitçe, rastgele sayılarla istatiksel prosesleri örnekleme modelidir. Basit görünümüne karşın çok sayıda parçacığın karıştığı olayları, karışık nümerik integrallerde kaybolmadan analiz eder. Tezin sonunda Monte Carlo kodu kullanarak üretilen simülasyon değerleri deneysel değerler ile grafik olarak karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma iki yöntemle üretilen yani deneysel ve simülasyon değerlerinin uyum içinde olduğunu göstermektedir. Böylece karakteristikleri bilinen bir dedektör için deney yapmadan istenilen bir kaynak için kaynağın spektrumunu ve dedektörün verimini hesaplamanın mümkün olacağı gösterilmiştir.
Türkiye elektrik enerjisi birim fiyatlarının kaotik analizi
Kaos veya kaotik kelimeleri insanların günlük hayatta sıklıkla duyduğu, genellikle düzensiz, karışık bir ortamı tasvir etmek için kullanılan kavramlardır. Bu tanımlama kaos teriminin bilimsel anlamına benzer olsa da tam olarak kaosun karşılığı değildir. Bilimsel olarak açıklamak gerekirse kaos; rastgele gerçekleşen olaylardan oluşabilecek bir kavram değil, aksine fiziksel olaylar zincirlemesiyle ortaya çıkan bir olgudur. Sisteme dışarıdan bakıldığında her ne kadar rastgele bir yapı var gibi anlaşılıyor olsa da, bu noktalar aslında belli paramatrelerin etkisiyle bu dağılımı göstermektedirler. Kaos lineer sistemlerde gerçekleşebilecek bir olgu değildir; sadece lineer olmayan sistemlerde var olabilir. Kaotik analizin amacı lineer olmayan bir sistemde belli matematiksel analizler ve yöntemler aracılığıyla kaos varlığını tespit etmektir. Elektrik enerjisi günümüzde her alanda en büyük ihtiyaçlardan biridir; Dünya'daki her ülke enerji ihtiyacını karşılayabilmek için çeşitli kaynaklarını ve üretim santrallerini kullanmakta, kaynağı mevcut değilse ithalat yaparak santraller aracılığıyla enerjisini üretmektedir. Öyle ki kişi başına düşen elektrik tüketim miktarı ülkelerin gelişmişlik seviyesini gösteren parametrelerden biri olarak kullanılmaktadır. Bu derece önemli bir ihtiyacı yönetebilmek için her ülke kendi iç piyasasını oluşturmak zorundadır. Enerji sektörü bu öneminden ötürü Türkiye ekonomisinde de çok büyük bir etkiye sahiptir. Sektörün iyi durumda olması hem elektrik piyasası katılımcılarının yani üreticilerin, hem de tüketicilerin yararınadır. Üreticiler, ürettikleri elektriği satabilmek için fiyat tekliflerini doğru bir şekilde yönetme kabiliyetine sahip olmak zorundadır; bu konuda iddialı hale gelebilmek için de santral verimliliklerini üst düzeyde tutmak, gelir gider dengelerini iyi bir şekilde yönetebilmeleri gerekmektedir. Elektrik enerjisi saatlik fiyatları üreticilerden gelen teklifler doğrultusunda şekillenmektedir; bu nedenle üreticilerin gelecekte fiyatların ne olabileceğine dair doğru öngörüde bulunması da etkinliklerini arttırmaktadır. Bu çalışmada 2009-2017 yılları arasında Türkiye elektrik enerjisi birim fiyatlarından oluşan saatlik zaman serisinde kaos varlığı araştırılmış ve kısa dönemli fiyat tahmini çalışması yapılmıştır. Bahsedilen zaman dilimi Türkiye'deki elektrik piyasalarındaki değişimler göz önüne alınarak farklı dönemler için ayrı ayrı Piyasa Takas Fiyatı (PTF) üzerinden yapılmıştır. Gün öncesi planlama dönemi bir dönem, gün öncesi piyasası ve gün içi piyasası ayrı bir dönem olarak incelenmiştir. Çalışmada hedeflenen, fiyatlar için belli parametrelere bağlı bir modelleme yapmak değildir; kaotik analizde eldeki tek veri zaman serisinin kendisidir. İlk aşamada zaman serisinde lokal projektif gürültü azaltımı yoluyla gürültü giderimi yapılmış, ne derece giderildiği farklı boyutlarda korelasyon integralleri ve korelasyon boyutu incelemesi ile belirlenmiştir. Ortak bilgi fonksiyonu yoluyla sistemdeki zaman gecikmesi, yanlış en yakın komşular yöntemiyle uygun gömme boyutu belirlenmiş ve faz uzayı yeniden kurulmuştur. Sistemde kaos olduğunun en büyük göstergeleri olarak kabul edilen pozitif Lyapunov üsteli ve fraktal boyutta çekici tespiti yapılmış; iki farklı zaman serisinde kaos varlığı kanıtlanmıştır. Sonrasında gürültü giderimi yapılmış zaman serilerinin faz uzaylarından faydalanarak lokal lineer haritalar yöntemiyle iki farklı program aracılığıyla öngörü çalışması yapılmıştır. Kaotik sistemlerin başlangıç koşullarına hassas bağlı olma durumundan ötürü öngörü 100 saat gibi kısa bir dönem için yapılmıştır. Öngörü için tıpkı kaotik analizde de olduğu gibi herhangi bir modelleme yapılmamış, sadece zaman serisinden yararlanılmıştır. Lokal lineer haritalar yöntemiyle yapılan öngörüde iki zaman serisi için de başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Gün öncesi planlama dönemi için 85.2% R2 ve 6.0% NRMSE hatası, gün öncesi ve gün içi piyasası dönemi için 92.1% R2 ve 5.7% NRMSE hatası başarıyla hesaplanmıştır.
Türkiye elektrik piyasasında kapasite mekanizması uygulaması ve santral gelirlerine katkısına ilişkin inceleme
Enerji piyasaları dünya çapında olduğu gibi, ülkemizde de sürekli bir gelişim ve dönüşüm sürecindedir. Tarihe bakıldığında, büyüyen ekonomiler ve artan elektrik taleplerinin geleneksel modellerle karşılanamaz hale gelişinin, enerji piyasalarının oluşmasına ve gelişmesine olanak sağladığı görülmektedir. Günümüzde ise politik, ekonomik ve teknolojik kısıtlar ve gelişmeler, sektör dinamiklerini halen önemli ölçülerde değiştirebilmektedirler. Türkiye elektrik piyasasının gösterdiği gelişim ve arz güvenliği konusunda orta ve uzun vadede ortaya çıkabilecek riskler göz önünde bulundurularak 2018 yılı başında kapasite mekanizması devreye alınmıştır. Yalnızca belirli kriterleri sağlayan üretim santrallerinin yararlanabildiği bu mekanizmanın, elektrik piyasasındaki düşük fiyat seyrinden dolayı karlılık oranları beklentilerin altında olan santrallere ne kadar ilave gelir sağlayacağı, bu santrallerin bütçe planlamaları ve gelecek dönem yatırımlar için önemli bir sinyal konumundadır. TEİAŞ tarafından işletilecek olan ve gün öncesi piyasasında gerçekleşen fiyatlar ile yönetmelik kapsamında belirlenen sabit maliyet ve değişken maliyet gibi parametreleri göz önünde bulundurarak gerekli ödemelerin hesaplandığı bir kapasite mekanizması kurgulanmıştır. Bu çalışmada Türkiye elektrik piyasasının tarihsel gelişimi incelendikten sonra, ülkemizde elektrik ticaretinin yapıldığı piyasalar sıralanmış ve açıklanmıştır. Bu aşamada elektrik enerjisinin özellileri ve bu özelliklerinin elektrik ticaretine etkileri de yorumlanmıştır. Çalışmada kapasite mekanizması uygulamalarına dair detaylı bir literatür araştırması yapılmış ve kapasite mekanizmasına ihtiyaç duyulmasının nedenleri tartışılmıştır. Bu nedenler ile paralel olarak, özellikle Avrupa ülkelerinde uygulanan yöntemler incelenmiştir. Türkiye elektrik piyasasında kapasite mekanizmasının gerekliliği geçmiş dönem gerçekleşen elektrik fiyatları ve arz güvenliği kriterlerinin analizi doğrultusunda tartışılmıştır. Santrallere bu mekanizma kapsamında yapılacak olan ödemeleri tahmin edebilmek için öncelikle saatlik bazda elektrik fiyat tahminine ihtiyaç duyulmuştur. Bu ihtiyacı karşılamak için APLUS Enerji tarafından geliştirilen uzun dönem fiyat tahmin modeli AVIEW | MarketSIM kullanılmıştır. Elektrik talebi, yenilenebilir enerji kurulu güç gelişimi ve kapasite faktörleri, yakıt fiyatları, USD kuru tahmini gibi girdiler kullanılarak 2017 – 2027 dönemi için saatlik bazda fiyat tahmini çalışması gerçekleştirilmiştir. Kapasite mekanizması yönetmeliğinde belirlenmiş olan parametreler ve yapılan diğer girdi tahminleri (USD/TL kuru, enflasyon, yakıt fiyatları vb.) kullanılarak 10 yıllık dönemin her saati için yerli kömür, doğal gaz ve ithal kömür santralleri için kapasite mekanizması gelir tahmini yapılmıştır.
Rüzgar enerjisi potansiyel analizinde karışım dağılımları temelli tekniklerin kullanılması
Günümüzde enerji kaynakları, uluslararası ilişkilere yön veren, ülkelerin sınırlarının tekrar çizilmesine neden olan, birçok savaşın çıkmasına ve ekonomik krizlere neden olmuş, üretim sektörlerinin temel girdisi olmanın yanında sosyoekonomik kalkınmanın sağlanabilmesi ve sürdürülebilmesi için vazgeçilemez niteliklere sahip temel öğelerden biri olarak değerlendirilmektedir. Elektrik enerjisine sürekli, yeterli, kaliteli, ekonomik şekilde erişiminin sağlanabilmesinin doğrudan ekonomik etkileri vardır ve bu da sosyal refah düzeyi üzerinde etkilidir. Elektrik enerjisi, depolama maliyetinin yüksek olması ve büyük ölçekte elektrik enerjisi depolama teknolojilerinin yeterince gelişmemiş olması nedeniyle genel enerji zinciri içindeki diğer enerji çeşitlerinden farklıdır. Elektrik enerjisi üretiminde kullanılan kaynakların seçimini etkileyen faktörler şu şekilde sıralanabilir; ülkelerin nüfus piramidi, büyüme-gelişme hızları, enerji kaynaklarının günümüz fiyatı ve gelecekte olabilecek fiyat dalgalanma riski, enerji kaynağının elde edilme kolaylığı ve sürekliliği, kaynak için başka ülkelere olan bağımlılık, ülkelerinin coğrafi konumlarının sağlamış olduğu fırsatlar veya coğrafi konumlarının oluşturduğu sorunlar, ulusal, uluslararası güvenlik-tehdit algılamaları ile çevre ve sağlık etkileridir. Elektrik enerjisi üretiminde kullanılacak kaynaklarının belirlenmesi, teknik, ekonomik ve çevresel değişkenler ile bu kaynakları kullanmanın dışsal etkileri de dikkate alınarak çözülmesi gereken bir optimizasyon problemidir. Elektrik enerjisi üretiminde kullanılacak kaynak seçimi elektrik şebekesinin planlanmasını, elektrik enerjisi fiyatını ve ürün ile hizmet fiyatlarının oluşmasını etkilemektedir. Ayrıca şebeke ilk yatırım maliyetleri üzerinde önemli etkileri bulunmaktadır. Enerji çevrim sektöründe kullanılan fosil enerji kaynaklarından oluşan sera gazı salınımlarının azaltılması günümüzde önemli hale gelmiştir. Diğer taraftan bu kaynakların kullanımına bağlı olarak fosil enerji kaynaklarının rezervlerinin azalması ve kömür hariç bu kaynakların dünyanın belirli bölgelerine yoğun olarak dağılması, enerji güvenliği için ülkeleri yerli ve yenilenebilir enerji kayakları kullanmaya zorlamaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının ekonomiye kazandırılması ile kaynak çeşitliliği artacak, sera gazı salınımlarının azalmasında bu kaynaklar etkili olacak ve ekosistem korunacaktır. 2016 yılı sonu itibariyle kurulu fotovoltaik (PV) gücü 303 GW seviyesine ulaşmış, 375 TWh'lik üretim gerçekleşmiş ve dünya elektrik talebinin % 1,8'i PV'den karşılanmıştır. Amerika Birleşik Devletleri'nde (ABD) güneş ve rüzgar enerjisi santrallerinin 2016 yılında eklenen kapasite içerisinde ki oranı sırasıyla % 39 ve % 26'dır. Avrupa Birliği (AB) ülkelerinde ise 2009-2015 yılları arasında kurulu güç artışında 81860 MW ile PV ilk sıradadır. Bunu 75045 MW net kapasite artışı ile rüzgar enerjisi takip etmektedir. Dünya kurulu rüzgar enerji gücü 1996 yılında dünya elektrik tüketiminin % 0,09'unu karşılarken, 2005 yılında bu oran % 0,67 olmuş ve 2015 yılında ise karşılama oranı % 3,7 seviyesine ulaşmıştır. Danimarka'nın elektrik tüketimin 2006 yılında % 16,78 rüzgar enerjisinden karşılanmışken, 2016 yılında % 36,8'i rüzgar enerjisinden sağlanmıştır. Danimarka'yı sırasıyla İrlanda (% 27), Portekiz (% 24,7), Güney Kıbrıs (% 19,7), İspanya (% 19), Almanya (% 16), ve Romanya (% 12,5) takip etmektedir. İspanya ve Danimarka'da bazı günler rüzgar enerjisi santrallerinin toplam günlük üretimi elektrik tüketiminden fazla olabilmektedir. Gerek rüzgar türbini kapasitelerinin artması, gerekse azalan üretim maliyetlerinin etkisiyle rüzgar enerjisi kullanımı her geçen gün artmaktadır. Rüzgar enerjisi santralleri 2016 yılında Avrupa ülkelerinde yaklaşık 300 TWh elektrik üreterek elektrik tüketiminin % 10,4'ini karşılamışladır. Avrupa Birliği (AB) ülkelerinde rüzgar kurulu gücü doğalgazdan sonra ikinci büyük güç durumuna gelmiştir. Birçok Avrupa ülkesinin orta ve uzun vadeli elektrik enerji üretim tüketim planlamasında rüzgar enerjisi kaynakları önemli bir yer tutmaktadır. Rüzgar enerjisi fizibilite analizleri sırasında yapılan ekonomik ve teknik potansiyel analizlerin hatalı olması sonucunda enerji maliyetleri de hatalı belirlenmiş olur. Bu belirsizlikler yatırım maliyetlerini, dolayısıyla da enerji üretim maliyetlerini, yatırımın geri dönüş riskini ve yatırımcıyı etkilemektedir. Yatırımcılar için yapılması gereken bu belirsizliklerin en aza indirilmesidir. Günümüzde rüzgar enerjisi elektrik üretimi potansiyeli belirlenmesinde sıklıkla Weibull dağılımı kullanılmaktadır. Bu dağılımın kullanılma nedeni, dünyanın birçok bölgesinde rüzgar dağılımına iyi uyduğunun tecrübe edilmesi, dağılımın esnek bir yapıya sahip olması, parametrelerinin belirlenmesindeki kolaylık, parametre sayısının az olması ve parametrelerin bir yükseklik için belirlenmesinin ardından farklı yükseklikler için tahmin edilebilmesi gibi faktörler olarak sıralanabilir. Fakat son yıllarda yapılan çalışmalar rüzgar dağılımının dünyanın her yerinde Weibull dağılımı ile temsil edilemeyeceğini ya da farklı dağılımlar ile yapılan modellemeler sonucu elde edilen başarının Weibull dağılımı ile yapılan modellemeden daha iyi olabileceği gösterilmiştir. Bu tez kapsamında, Weibull dağılımı parametrelerinin belirlenmesi için mevcut yöntemler özetlenmiş ve Weibull dağılımını parametrelerinin belirlenmesi için mevcut yöntemlere alternatif olabilecek yeni yöntemler geliştirilmiştir. Geliştirilen parametre belirleme yöntemlerinin doğruluğu, literatürde olan verilerin kullanılması sonucunda gerek rüzgar şiddetinin dağılımının modellemesi ile gerekse de rüzgar türbini enerji üretim tahminlerinde olan başarısı ile ortaya konmuştur. Ayrıca geliştirilen parametre belirleme yöntemi rüzgar enerjisi modellemelerinde kullanılan dağılımların karşılaştırılmasının yapılması için ülkemizde ölçülmüş rüzgar şiddeti verileri kullanılarak çeşitli dağılımlar ile modellemeler yapılmıştır. Bunlara ek olarak 60 standart dağılım kullanılarak ülkemizde rüzgar şiddeti ölçülmüş, 13 bölge bu dağılımlar ile analiz edilmiş ve üç farklı hata analizi yöntemine göre dağılımların başarısı karşılaştırılmıştır. Bu tez çalışmasındaki amaçlardan bir tanesi, rüzgar şiddeti verilerinin modellenmesinde ve bir rüzgar türbinin enerji üretiminin belirlenmesinde karışım dağılımlarının kullanılabilirliğinin ve başarısının analizidir. Bu kapsamda önce teorik olarak güçleri 225 kW ile 3000 kW arasında değişen, rüzgar çiftliklerinde çok sık kullanılan, 33 farklı rüzgar türbini ile Weibull, Weibull&Weibull karışım dağılımı ve üç farklı maksimum entropi dağılımları dağılımı kullanılarak enerji üretim doğruluğu belirlenmeye çalışılmıştır. Karışım dağılımlarının parametre belirleme yöntemlerinin enerji üretim tahmini üzerine etkisi örnek çalışmada incelenmiştir. Daha sonra ise ülkemizde bir rüzgar santralinde olan rüzgar türbininin gerçekleşmiş enerji üretimi, ticari bir paket programın sonuçları (WAsP), standart dağılımlar, karışım dağılımları ve MEP dağılımları kullanılarak modellenmiştir. Bu çalışmada kapsamında rüzgar enerjisi potansiyel analizinde karışım dağılımları da kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan 109 dağılımdan MWblWbl dağılımı için parametreler MLH, MOM ve LES ile belirlenmiştir. MTndTnd dağılımının parametreleri ise MLH ve LES ile belirlenmiştir.
Konsantre güneş enerjisi sistemleri için termoklin termal enerji depolama sistem analizi
Konsantre güneş enerjisi (KGE) sistemleri yenilenebilir enerji kaynakları arasında gelecek vaadeden çözümler arasında gösterilen ve yenilikçi teknolojileri bünyesinde barındıran sistemlerdir. Günümüzde güneşten yararlanmada fotovoltaik sistemler kadar yaygın ve uygun maliyetli olmasalar da dünyanın farklı coğrafyalarında bir çok farklı uygulama mevcuttur. Dünyada güncel olarak yapılan akademik projeler incelendiğinde, desteklenenen Ar-Ge konularına bakıldığında, yeni geliştirilen ve yapım aşamasındaki konsantre güneş enerjisi projeleri de göz önüne alındığında, bu teknolojilerin önümüzdeki yıllarda daha da yaygınlaşacağı ve potansiyelini yansıtmaya başlayacağı aşikardır. Bu çalışma kapsamında ele alınan konsantre güneş enerjisi teknolojilerinden kule tipi konsantre güneş enerjisi teknolojisi bir çok farklı avantajıyla diğer KGE teknolojilerine göre bir adım daha öne çıkmaktadır. Enerjinin depolanabilmesi yine günümüzün güncel problemlerinden bir tanesidir. Tüm dünyanın yoğun olarak üzerinde çalıştığı ve mevcut teknolojileri daha da geliştirmeye çalıştığı enerji depolama teknolojileri iki ana başlığa ayrılmaktadır. Bu çalışma da yaygın olarak bilinen akü teknolojileri değil, diğer depolama yöntemi olan ve büyük kapasitelerde depolamaya imkan tanıyan termal enerji depolama sistemleri üzerinde durulmuştur. Termal enerji depolama (TED) teknolojileri hakkında gerekli bilgiler çalışmanın ilgili kısmında verilmiştir. Termal enerji depolama sistemleri ile büyük kapasitelerde enerji depolanabilmesi hem güneş enerjisi sistemlerinin sadece güneşin olduğu zamanlara bağlı kalmadan gün boyu üretim yapılabilmesine olanak sağlamakta, hem de gün içerisinde bulutlanma gibi üretimi aksatabilecek kısa süreli operasyonel aksamaları ortadan kaldırmaktadır. Ayrıca bu iyileştirmeler sayesinde sistem ömrü uzamakta ve üretilen elektriğin kalitesi de artmaktadır. Gelecek vaadeden bu iki yeni ve güncel teknolojinin tanıtılarak ele alındığı ve aynı sistem içerisinde birleştirildiği bu çalışmada, mevcut bir kule tipi konsantre güneş enerjisi santraline kurulabilecek tek tanklı, iki fazlı (akışkan malzeme ve dolgu malzemesi) bir termal depolama sistemi göz önüne alınmıştır. Çalışmanın ana kısmı olan 4. Kısımda bir boyutlu (1D) termal enerji depolama sistemi, Schumann denklemlerinin boyutsuz sayılar yardımıyla ayrıklaştırılması yapılmış ve geliştirilen modelin MATLAB programı yardımıyla nümerik sonuçları elde edilmiştir. Depolama sistemi çeşitli parametre değişiklikleri yapılarak incelenmiş ve sonuçlar değerlendirmeler ve sonuçlar başlığı altında yorumlanmıştır.
Bir alüminyum profil fabrikasındaki soğurmalı soğutma sisteminin karşılaştırmalı termodinamik analizi
Bu tez çalışmasında alüminyum profil fabrikasına ait bir bileşik soğutma-ısı-güç üretim sisteminin soğutma çevrimi ele alınmıştır. Tek etkili soğurmalı soğutma sisteminin termodinamik modeli oluşturulmuş ve akış şeması ortaya konulmuştur. LiBr – H2O ikilisi kullanılan soğutma çevriminde soğutucu olarak su, soğurucu madde olarak LiBr kullanılmıştır. Buharlaştırıcıdan soğutmanın sağlandığı bu sistemde, alüminyum profil fabrikası içerisinde üretilen profillerin eloksal kaplamasının yapıldığı havuzları ve fabrika ortamını soğutmak amaçlanmıştır. Gaz motorunun atık egzoz gazlarından yararlanarak, kızgın buhar üreticide su ve lityum brömür birbirinden ayrılır ve soğutucu akışkan olan su kızgın buhar üreticiden kızgın buhar olarak çıkar. Yoğuşturucuda yoğuşan soğutucu akışkan olan su daha sonra kısılma vanasından geçerek basıncı düşürülür. Sonrasında buharlaştırıcıdan geçerek eloksal kaplamanın yapılacağı havuz için gerekli olan soğutma enerjisini aktararak soğurucuya girer. Soğurucuda lityum bromür tarafından soğurulan su ile fakir eriyik oluşur. Oluşan fakir eriyik, eriyik pompası yardımıyla kızgın buhar üreticisine doğru gönderilir. Varsa eriyik eşanjöründen geçen fakir eriyik kızgın buhar üreticisine girerek su ve lityum brömür birbirinden ayrılır. Kızgın buhar üreticisinden çıkan sudan arındırılmış LiBr ise zengin eriyik olarak adlandırılır ve kısılma vanasından geçip basıncı düşürülerek, soğurucuya girer ve burada suyla karışarak fakir eriyiği oluşturur. Bu şekilde çevrimin devamlılığı sağlanır. Tezin devamında LiBr – H2O ikilisinin kullanıldığı tek etkili soğutma çevriminin soğutma performans katsayısı hem eşanjörlü durumda hem de eşanjörün olmadığı durumda, EES (Engineering Equation Solver) programı ile hesaplanmıştır. Sonrasında eşanjörsüz sistem için her bir bileşenin tasarım parametreleri yani çalışma sıcaklıkları değiştirilerek, soğutma performans katsayısı tekrar hesaplanmıştır. Her bir eleman için sıcaklık ve soğutma performans katsayısı arasındaki ilişki grafikler ile gösterilmiştir. Bu yöntem ile optimum çalışma sıcaklıkları belirlenmeye çalışılmış ve verim hangi durumlarda daha fazla arttırılabilir bulunmuştur. Son olarak soğutucu akışkan olarak su yerine amonyak kullanılarak çevrimin soğutma verimi bir daha hesaplanmıştır. Çıkan sonuçlar karşılaştırılarak hangi ikilinin belirtilen sıcaklık değerlerinde daha verimli olacağı tesbit edilmeye çalışılmıştır. Bu karşılaştırma da yapıldıktan sonra en uygun çalışma şartları belirlenerek, kızgın buhar üreticisinde ihtiyaç duyulan ısı gücüne göre kataloglardan uygun gaz motoru seçilmiş ve çalışma sonlandırılmıştır.
Orta kapasiteli dizel motorlarında atık ısıdan rankine çevrimi ile enerji geri kazanımı
Sürdürülebilir bir çevre ve dünya için son yıllarda içten yanmalı motorlarda gerçekleştirilen çalışmaların büyük bir kısmı verim artışı ve zararlı gaz salımlarının azaltılması üzerine yapılmıştır. Bu kapsamda yapılan çalışmalarda yanma enerjisinin büyük bir kısmını oluşturan atık ısıdan enerji geri kazanımı önemli konulardan biridir. Motordaki yanma sonrası oluşan egzoz gazlarındaki atık ısıyı turbo şarj ile, termoelemanlar ile, absorbsiyonlu soğutma sistemleri ile veya Rankine çevrimi ile faydalı işe dönüştürmeyi amaçlayan çalışmalar mevcuttur. Atık ısı geri kazanım sistemlerinden Rankine çevrimi ile enerji geri kazanımının, özellikle gaz salımlarını azaltan yeni salım sistemleri ile atık ısı oranı artan dizel motorlarda gelecek yıllarda ticari uygulamalarda önemli yer tutacağı öngörülmektedir. Bu çalışmanın ana konusu ticari araçlarda yaygın olarak kullanılan 3,5l hacminde 200 hp gücünde bir dizel motorun egzoz ve EGD (Egzoz Gazları Devir daimi) gazlarından Rankine çevrimi ile enerji geri kazanım potansiyelinin 1-boyutlu analiz yöntemi ile incelenmesidir. Çalışmanın temel amacı Rankine çevrimi ile egzoz gazlarından atık ısı geri kazanım teknolojisinin dizel motorlarında sağlayabileceği güç artışı ve yakıt tüketimindeki azalmayı belirlemektedir. Çalışmada atık ısı kazanım sistemi olmayan, temel motordan alınan motor çalışma koşullarına bağlı egzoz ve EGD gaz sıcaklık ve debi verileri 1-boyutlu benzetime girdi olarak kullanılmıştır. Benzetim için otomotiv sektöründe yaygın olarak kullanılan, hazır bir paket yazılım olan GT-Suite kullanılmıştır. Birincil olarak sadece egzoz gazlarının, ikincil olarak sadece EGD gazlarının ve üçüncül olarak EGD ve egzoz gazlarının birlikte Rankine çevriminin ısı kaynağı olarak kullanıldığı üç farklı benzetim modeli alternatifi oluşturulmuştur. Yoğuşturucu tarafında ise motor soğutma suyunun çevrim akışkanı olduğu ayrı bir soğutma devresi kullanılacağı öngörülmüştür. Motor için dokuz adet çalışma noktası belirlenmiş, benzetim modeli alternatiflerinin belirlenen motor çalışma noktaları için analizleri yapılmıştır, çıktılar karşılaştırılarak motorun güç geri kazanımı ve yakıt tüketimine etkileri incelenmiştir. Belirlenen motor çalışma noktaların ortalama çalışma yüzdelerinde ortalama yakıt tüketimindeki azalma hesaplanmıştır. Motorun atık ısısından en fazla yararlanılan durum, egzoz ve EGD gazlarının birlikte ısı kaynağı olarak kullanıldığı sistemde olacağı öngörülmüştür. Bu sistemde güç geri kazanımı belirlenen motor çalışma senaryolarının dokuzuncusunda 2,05 kW'a kadar ulaşmış ve ortalama yakıt tüketiminde ise %2,25 oranında azalma olacağı hesaplanmıştır. Benzetim çıktılarına göre ticarileşme potansiyeli olan, gelecekte seri üretimde kullanılması öngörülen sistem önerileri sunulmuştur.
Numerical investigation of flow in a channel with porous baffles
Porous materials have been used for more than many other materials types known to humans. From daily use such as bath or kitchen sponges to more general use like building bricks, one can see how common porous materials really are. Furthermore, industrialization of them started only a couple of hundred years from today. It was first Henri Darcy, a French engineer specilized on hydraulics, who investigated the properties of porous materials such as porosity and permability. His work led many other scientists to focus on these properties and help the industrialization process. In recent years, investigations started to merge with modern world problems as in energy or automotive industries and related ecological problems. In the aim of creating a sustainable structure for any industry in addition to aforementioned ones, one must look for higher efficiency. For higher efficiency, the next step to take is decreasing the number of entropy generators or actually reducing their effect as it is a fact that entropy always happens. For this purpose, this work focuses on the one the major entropy generators, that is, unused or wasted heat by inspecting the streams of flow in a channel with the help of porous baffles put in front of the flow. Considering the local heat transfer amounts, it was aimed to find the best case of heat transfer by comparing different cases of baffle positions. Other works also conducted in similar models contribute the progress of this study, validation of the model proposed and evaluation of results. As an initial step, a similar study of staggered and porous baffles was inspected. In said study; propagation of streamlines against baffles were inspected in terms of heat transfer and drag, for two fluids with different properties. In the second work, channel flow around solid baffles with different inclination angles was studied. Once the use of proposed model is confirmed, these two works were merged and analysed accordingly. During analysis, the latter model was selected as the base model for grid, boundary conditions and flow regime; however, different cases were produced by crossing different porous medium properties for baffles. Moreover, categorization was based on number and placement of baffles in the channel as well as their angle of inclination. After post-processing the analysis results, it was seen that the baffles that are positioned as staggered was the best case in terms of local Nusselt number and hence heat transfer capability as the baffle inclination angle was increased. On the other hand, contribution of porosity change was minimal to flow characteristics. Permeability effect was the opposite of expected, considering that the loss in flow speed would decrease convection heat transfer; however, the lower the permeability the higher was the heat transfer values due to recirculation strength created around the baffles. Eventually, in addition to above analytical results, an experimental research is always encouraged.
Türkiye'nin farklı iklim bölgeleri için optimal fotovoltaik panel eğim açılarının belirlenmesi
Teknoloji olarak hızla gelişen ve büyük dönüşümler yaşanan dünyada tüketim alışkanlıkları da büyük bir değişikliğe uğramaktadır. Hayatın kolaylaşması açısından piyasaya sürülen ürünler insanları daha çok rahatlığa sevk etmektedir. Bu rahatlığa alışma sürecinde, aracı olarak kullanan cihazların ise büyük bir çoğunluğu ise elektrik enerjisine ihtiyaç duymaktadır. Elektrik enerjisi ihtiyacının büyük bir bölümü ise konvansiyonel enerji kaynaklarından karşılanmaktadır. Fakat bu enerji kaynaklarının rezervlerinin kısıtlı olması, bu kaynakların belirli bölgelerde yoğun olarak bulunması ve ülkelerin bunların temini için harcadıkları para, çevreye olan etkileri gibi nedenler, ülkeleri konvansiyonel kaynaklardan başka enerji kaynaklarına doğru bir yönelime zorlar duruma getirmiştir. Çevreye daha duyarlı, ucuz enerji kaynağı arayış noktasında ise yenilenebilir enerji kaynakları bir seçenek olarak durmaktadır. Güneş, rüzgar, biyokütle, jeotermal, dalga, hidro enerjisi gibi birçok yenilenebilir enerji kaynaklarında önemli araştırma geliştirme faaliyetleri sürdürülmektedir. Türkiye içinde benzer bir tablo özellikle son 5 yıldır görülebilmektedir. Ülkemiz enerji ihtiyacını yurt dışından alarak karşılamaktadır ve bu durum ülke ekonomisinde oldukça büyük bir yer kaplamaktadır. Enerjide dışa bağımlılığı azaltmak için, yenilenebilir enerji alanında potansiyeli olan bölgelerde özellikle rüzgar ve güneş enerjisi yatırımları hız kazanmıştır. Bu duruma devletin vermiş olduğu teşviklerde önemli katkı sağlamıştır. Güneş enerjisi yatırımları da devletin vermiş olduğu teşviklerle canlanan alanlardan birisi olmuştur. Ülkemiz güneş enerjisi potansiyeli olarak iyi diyebileceğimiz bir potansiyele sahiptir. Son yıllarda özellikle İç Anadolu ve Güneydoğu Anadolu Bölgeleri'nde birçok güneş enerjisi santrali devreye alınmış, yapımı sürmekte veya projelendirilmişdir. Devletin YEKA projeleride devam etmektedir. Mevcut güneş enerjisi santralleri büyük çoğunlukla sabit açılı sistemlerden meydana gelmektedir. Projenin öncesinde yapılan saha ölçümleriyle yıllık olarak optimal panel eğim açısı belirlenerek kurulum yapılmaktadır. Bu durum yıl içerisinde bulunulan zamana göre güneşi tam dik doğrultuda alamamak anlamı gelir. Bunun için güneşi takip eden sistemler geliştirilmiştir. Tek eksenli ve iki eksenli olmak üzere çeşitleri bulunmaktadır. Bu sistemler elektro-mekanik olarak her zaman güneşi izlemektedir ve güneş radyasyonunu optimum düzeyde panel üzerine almaktadır. Bu sistemler, %10-30 arasında değişen oranlarda verim artışı sunmaktadır fakat ilk kurulum maliyetleri açısından düşünüldüğünde, sistemin geri dönüş sürecini uzatmaktadır ve yatırımcı bakım-onarım vb. diğer masrafları da düşünerek bu sistemleri tercih etmemektedir. Bu tez çalışmasında ise, optimal panel eğim açılarının iklimsel özelliklerine bağlı olmasından yola çıkarak, Türkiye'nin farklı iklim bölgeleri için aylık, mevsimlik, yarı yıllık ve yıllık olarak optimal panel eğim açıları belirlenmiştir. Bu analizler TARBİL projesi kapsamında alınan ve iklim bölgelerine mümkün olduğunca düzenli dağıtılan 43 adet ölçüm istasyonundan alınan verilerle gerçekleştirilmiştir. Ayrıca aylık optimal eğim açısı için regresyon modelleri önerilmiş ve çeşitli performans indeksleriyle test edilmiştir. Öte yandan yıllık olarak m2'ye düşen güneş radyasyonu hesabı önerilen senaryolarla yapılıp, sabit açılı duruma göre değişimi değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirmeler sonucunda aylık optimal panel eğim açı değişiminin m2'ye düşen güneş radyasyonu üzerinden, sabit açılı yıllık senaryoya göre %5 daha fazla güneş radyasyonu alabildiği belirlenmiştir. Diğer senaryolar olan mevsimlik ve yarı yıllık değişimlerde ise bu oran sırasıyle %4 ve %3 civarlarındadır. Bu durumun elektrik üretimindeki getirisi ise boyutları MW, GW düzeyinde olan santraller için oldukça fazla olması düşünülmektedir.
Life cycle assessment of retrofitting process for a district
In the thesis, a case study area was examined based on energy consumption and environmental impact during its life time via life cycle assessment (LCA) methodology. There are 79 residential buildings that share similar structure in the area; hence, one of them was selected as reference that the investigated building results were used for whole district. The building was built at the end of 1980s. Detailed energy performance analyzes were performed; besides, the energy efficiency retrofitting strategies were defined based on these energy models. These retrofitting strategies were applied to the building to improve energy performance, decrease released greenhouse gases and increase renewable energy source percentage in overall in 2015. In the analysis, the building life time was estimated 75 years. The first 25 years were considered with baseline conditions, and the next 50 years were considered with retrofitted conditions. The aim is investigating a residential area based on its energy consumption and environmental impact during its life time from cradle-to-grave via LCA methodology. For this purpose, ISO 14040 and EN 15978 standard were used to develop the methodology. ISO 14040 defines general methodology of LCA; besides, EN 15978 specializes it based on building application. Also, EN 15978 methodology was created based on ISO 14040. Therefore, both standard were combined and used for the thesis methodology. Two scenarios were defined in the thesis. The first one is called as baseline scenario. In this scenario, beginning situation of the building was examined during 75 years from 1990 to 2065. The second scenario is called as retrofitted scenario that investigated building from 1990 to 2065. Nevertheless, retrofitted scenario was divided into two part. The first part is between 1990 and 2015 (25 years); besides, the second part is between 2015 and 2065 (50 years). Hence, the first part was examined based on beginning condition of the building, and the second part was examined based on retrofitted conditions. The building life time was divided into 3 stages as product, use and end of life stage in both scenario based on EN 15978 methodology. The building was examined as a whole with materials that were used, energy consumption, transportation and end of life steps. It is means that system boundaries of the thesis was defined as cradle-to-grave from raw materials extraction to disposal in the thesis. Already developed BIM and energy performance model of the buildings were used to calculate the amount of materials that were used in the buildings and energy consumption. In addition, two indicators were defined to demonstrate the results of LCA. These are called as cumulative energy demand (CED) and global warming potential (GWP). The reason for this selection is related with aim of the thesis. Energy consumption of the building and released greenhouse gases from the building were presented clearly by helps of defined indicators. The results were obtained according to defined indicators after all input and output were collected based on defined system boundaries, the developed model was run. Total CED results of baseline scenario is 23,718,772 MJ/75years. Contribution from stages based on percentage is 5% from product stage, 94% from use stage and 1% from end of life stage. Total GWP results of baseline scenario is 2,216,050 kgCO2eq./75years. Contribution from stages based on percentage is 5% from product stage, 83% from use stage and 12% from end of life stage. After baseline scenario results were obtained, retrofitted scenario results were also gotten. Overall CED of retrofitted scenario is 14,036,986 MJ/75years; besides, contribution from use stage is 82%, from product stage is 18% and from end of life stage is less than 1% for CED indicators. Overall GWP of retrofitted scenario is 1,325,967 kgCO2eq./75years; besides, contribution from use stage is 66%, from end of life stage is 20% and from production stage is 14% for GWP indicators. After all results were obtained for both scenario, a comparison was made to show retrofitting strategies impact. Thus, CED of the buildings decreased 41% with helps of retrofitting during building life time. The reduce rate for GWP is 40% in retrofitted scenario. The results of the thesis show overall CED and GWP of the building; also, the results demonstrate all phases of the building from manufacturing materials that were used to disposing of all wastes from the buildings. Also, stages of building life time were analyzed individually to demonstrate their impact on total. As it mentioned before, the building was retrofitted during its usage time. These retrofitting strategies also were investigated in retrofitted scenario. Thus, the importance and impact of retrofitting was demonstrated in the thesis. Based on the results, these kind of strategies can be used to reach energy efficient and more environmentally districts or cities.
Computational fluid dynamics analysis of a thermocline thermal storage unit for solar thermal applications
World energy consumption increases every year therefore new power plants are necessary to meet the demand. Among many energy production systems, it is expected that share of renewable energy in total production is going to grow more than others due to environmental concerns and achievements at cost reduction. One of the renewable energy sources is sun and a solar power plant captures the sunlight and converts it into electricity. There are several ways to harvest the sun's energy. Photovoltaic systems use panels to directly convert sunlight into electricity whereas solar concentrating systems use mirrors to reflect and focus sunlight on heat collecting component of the system where heat is transferred to a fluid which is used to generate steam to turn the turbine and generator to generate electricity as in thermal or nuclear power plants. Concentrating solar systems has various configurations such as parabolic through, parabolic dish, and central tower. In parabolic through systems, there are reflector mirrors and receiver tubes which are located at focal axis of mirrors. Sun rays are reflected to the receiver tube and heat is transferred to fluid inside the tube. This fluid is then used with conventional steam generator to produce electricity. In parabolic dish systems, sun rays are reflected to the center of the dish where receiver is placed. The heat machine on the receiver that moves with the dish uses Stirling or Brighton cycle for power conversion. On the other hand, in central tower systems sun rays are reflected to the receiver at the top of the tower by mirrors around the tower. Conventional steam generator is used for electricity generation. The electricity form solar power plant is categorized as intermittent electricity due to the fact that it cannot be continuously available. As a result, fluctuating demand of electricity cannot be met therefore solar power plants are considered non-dispatchable. On the other hand, it is possible to constrain intermittency either with direct electricity storage for photovoltaic systems or with thermal energy storage for concentrating systems. In thermal energy storage, some of the heat form the receiver is stored in the storage unit for later use. Since storing thermal energy is cheaper than storing electricity itself, the focus is on development of thermal energy storage systems. Efficient and cost-effective storage is an important tool to increase the share of solar energy in the electricity market. There are two options available for thermal energy storage: two-tank storage and single-tank thermocline storage. In two tank storage, during charge cycle, fluid from cold tank passes through a heat exchanger if system is indirect or collector field if system is direct to hot tank and during discharge cycle fluid moves back from hot tank to cold tank after passing through steam generator. In single-tank thermocline storage, there is a filler material in the tank as energy storage medium. During charge cycle, cold fluid moves from the bottom of the tank towards the heat exchanger and returns to the tank from the top as hot fluid and during discharge cycle, hot fluid moves from the top of the tank towards heat exchanger and returns the tank from the bottom as cold fluid. Since part of fluid in the two-tank storage system is replaced with a filler material which is usually cheap, single-tank thermocline storage offers cost-effective energy storage. In the scope of this thesis, single-tank thermocline thermal energy storage discharge cycle analysis with computational fluid dynamics (CFD) was considered because the literature review showed that focus is generally on the properties of storage tanks and sensitivity analysis of storage tanks with correlation and formulation. Therefore, with the CFD analysis stream-lines and velocity and temperature distribution in the thermocline tank together with the effects of porosity, sphericity and type of fluid on discharge process were investigated. Seven different heat transfer fluids having various specific heat capacity values were considered. In order to see the effect of porosity in the tank, three porosity values were selected. The effect of the filler material geometry was included by using four different sphericity values. First of all, the geometry of the thermocline tank was determined with literature review. Then, the mathematical model to perform simulations were defined. The governing equations of continuity, time dependent momentum, and time dependent energy are included in openFOAM CFD code. Governing equations include not only effective conductivity and Forchheimer-Brinkman approximation but also Bouyssinisq approximation. The grid independence study which guarantees the independence of results from the mesh size was performed. Later, base input of the CFD code which includes the model of the reference thermocline tank from literature was validated by comparing simulation results with experimental data. Finally, simulations were performed with selected heat transfer fluids for different operating conditions i.e., porosity and sphericity and their effect on thermocline storage tank energy deposition and energy generation was discussed. The simulation results showed that when the fluid has high value of volumetric heat capacity (VHC), the initial energy stored in the tank increases. In addition, if VHC value of the fluid is lower than the value for the filler material, initial energy stored in the tank is mainly stored in the filler material. The percentage of the stored energy in the solid drops as low as 50% if the fluid has high VHC and tank has high porosity. Furthermore, for fluids with high values of VHC, when the porosity of the thermocline tank increases, the amount of energy remained in the tank during discharge cycle increases. On the other hand, fluids with low values of VHC, higher porosity value results in lower remaining energy in the tank. On the other hand, temperature profiles and streamlines of the 6 hours of discharge showed that for low values of porosity, higher sphericity value prevents mixing of hot and cold fluid and results in better discharge performance. It is clear from the simulations that discharge behaviour of the storage tank mainly depends on the relation between the VHC of fluid and solid filler material, high value of sphericity provides positive effect on discharge performance as long as porosity is low, and porosity value selection must include fluid and solid VHC values. Future studies can be done to increase the efficiency of the tank by improving stream-line pattern. It is known that when the stream-lines are uniform, mixing of hot and cold fluid reduces and efficiency of the tank increases. It is possible to reach this goal by making modifications inside the tank such as creating lanes for the flow. Another possible area of study can be usage of nano-fluids as heat transfer medium. These studies can be performed efficiently with computational fluid dynamics simulations which use the experimentally verified mathematical model developed in this study.
Modeling the behaviour of carbon dioxide content in geothermal reservoirs using multiple tank lumped parameter models
Energy is an essential subject since nothing can be done without energy. For the supply of energy, there is a search for alternative energy sources which are clean, sustainable and renewable. One of the alternative sources is geothermal energy. Geothermal energy is the heat stored underground, that is used for direct uses or electricity generation. The heat is deposited in rock pores and water. Accurate geophysical and geochemical data with observations show whether a field is eligible for geothermal or not. Geothermal energy usage is increasing nowadays for being a clean, sustainable and renewable energy source. Three types of geothermal power plants are considered. Dry steam power plants, flash steam power plants and binary power plants. Turkey is one of the countries in which geothermal energy exits. In, Aydın, Denizli, Manisa regions which are located in the west of Turkey, there are geothermal power plants. Turkey has vast sources, and the amount of energy demand will increase in years with the development of geothermal energy. In order to use geothermal energy efficiently; good reservoir engineering must be practiced. In a geothermal reservoir, noncondensable gases such as carbon dioxide exist. All geothermal fields in Turkey contain different amounts of carbon dioxide. Carbon dioxide has considerable effect in geothermal reservoirs. Even small portions of carbon dioxide increase the flashing point of the geothermal water. The carbon dioxide content can change based on the production/reinjection operations in a geothermal field. So the change must be modeled well in order to make predictions for future performance. In this study, a mathematical model is developed for modeling the changes in the carbon dioxide content. The developed mathematical model which gives the change of carbon dioxide as a function of time is a result of a simple mass balance that can be used over any control volume and is only for liquid-dominated geothermal reservoirs. In this study, a geothermal reservoir is modeled using tanks in which mass balance and energy balance equations are used to model pressure, temperature, and carbondioxide content. The physical parameters of the tanks are bulk volume, porosity, the density of the water and compressibility, recharge mass rate, reinjection mass rate and mass production rate. The model is first validated with existing solutions in the literature. Then the model is used for investigating how the carbondioxide content would change in a reservoir under various production/reinjection scenarios. In all the modeling conducted in this study, the reservoir is represented by two tanks. One tank to represent regions close to the recharge source and the other tank to represent the regions further away from the recharge source. The specific schemes that have been considered in this study are; the effects of the recharge carbondioxide content, the location of the production and reinjection areas. In all cases considered in this study the reinjection water is assumed to contain no carbondioxide. Results show that the change of carbondioxide content in the reservoir is highly dependent on where the production and reinjection operations are performed. Furthermore, the recharge carbondioxide content also has significant effect.
Co-Mo/MgO katalizörü ile yüksek verimli karbon nanotüp sentezi
Karbonun allotroplarından biri olan karbon nanotüpler 1991 yılında keşfedilen, önemli özellikleri sebebiyle malzeme biliminde yeni bir dönem başlatmış malzemelerdir. Karbon nanotüpler nanoboyutta çapa sahip silindirik yapılar olup, çeşitli elektriksel, mekanik ve termal özelliklere sahip malzemelerdir. Karbon nanotüpler (KNT) termal kararlılık, optik geçirgenlik, elektriksel iletkenlik ve mekanik mukavemet gibi eşsiz özellikleri sayesinde geniş endüstriyel uygulama alanlarına sahiptirler ve çok çeşitli özellik ve kullanım alanlarından dolayı birçok araştırmaya konu olmaktadırlar. Enerji depolanmasında, kompozitlerde, elektron alan emisyon uygulamalarında, hidrojen teknolojilerinde, problarda, ara bağlantılarda ve tıbbi uygulamalarda kullanılabilmektedirler. Karbon nanotüpler genel olarak, farklı uygulamalar ve kullanımlarına göre 3 farklı üretim yöntemi ile sentezlenmektedir. Bu üretim yöntemleri; Ark Boşalım, Lazer Buharlaştırma ve Kimyasal Buhar Birikimi olarak adlandırılır ve hepsinde, karbon atomlarının oluşturulması için karbon kaynağına enerji gereklidir. Ark Boşalım yönteminde akım, Lazer Buharlaştırma yönteminde bir lazerden gelen yüksek yoğunluklu ışık ve Kimyasal Buhar Birikimi yönteminde ise ısı ile enerji sağlanmaktadır. KNT üretim yöntemlerinden Kimyasal Buhar Birikimi yöntemi diğer üretim yöntemlerine göre daha ekonomik olup büyük ölçekli üretimler için daha uygundur. Ayrıca, bu yöntem ile karbon nanotüplerin kontrollü üretimi sağlanabildiğinden, belirtilen diğer avantajları da sebebiyle kullanımda en çok tercih edilen yöntemdir. Kimyasal Buhar Birikimi yönteminde, hazırlanan katalizör boru reaktör içerisine yerleştirilir ve hedeflenen sıcaklığa ısıtılarak hidrokarbon kaynağı inert gaz ile birlikte sisteme beslenir. KNT'lerin büyüme mekanizması, geçiş metali ile katalize edilen hidrokarbon moleküllerinin ayrışmasını ve metal nanopartikül içinde karbon atomlarının çözülmesini içerir. KNT üretim verimini ve oluşan nanotüplerin yapısını etkileyen parametreler; sentez sıcaklığı, katalizör, karbon kaynağı, destek malzeme ve sentez süresidir. Literatürde yapılan çalışmalarda belirtilen parametreler optimize edilerek yüksek verimli üretimler gerçekleştirilmeye çalışılmaktadır. KNT üretiminde, katalizör en önemli paramatrelerden biridir. Kullanılan katalizör ile karbon nanotüp veriminin artırılmasının yanısıra seçici ve kontrollü üretim de sağlanmaktadır. Bu nedenle, literatürde katalizörlerle ilgili birçok çalışma bulunmaktadır. Özellikle Co ve Mo metallerinin birlikte katalizör olarak kullanımı üzerine son yıllarda birçok çalışma yapılmaktadır. Bu iki metalin birlikte sinerjik bir etki oluşturarak sentez sırasında KNT büyümesini destekleyen yapılar içerdiği belirtilmektedir. Ayrıca, diğer üretim parametreleri de değiştirilerek seçici ve çap kontrollü olarak yüksek verimli KNT'lerin üretildiğini içeren çalışmalar da bulunmaktadır. Ancak, bu çalışmalarda KNT üretim mekanizması tam olarak açıklanamamış ve Co, Mo katalizörlerinin kullanım oranları belirli bir sistematikte incelenmemiştir. Tez çalışması kapsamında, Co ve Mo metalleri birlikte kullanılarak, KNT üretim verimine etkisini incelemek üzere farklı parametreler ile KNT üretimleri, İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü bünyesinde bulunan Malzeme Üretim ve Hazırlama Laboratuvarı'nda gerçekleştirilmiştir. Karbon nanotüpler, kimyasal buhar birikimi (KBB) yöntemine göre üretilmiş, farklı Co/Mo ve destek malzeme oranları ile farklı katalizör üretim yöntemlerinin KNT üretim verimine etkileri incelenmiştir. Co-Mo katalizörlerini hazırlamak için kobalt nitrat (Co(NO3)2·6H2O) ve amonyum molibdat ((NH4)6Mo7O24·4H2O) başlangıç malzemeleri, destek malzemesi olarak ise MgO kullanılmıştır. Sol-jel ve impregnasyon yöntemleri uygulanarak farklı Co/Mo oranlarında (1/1, 1/2.5, 1/3.5, 1/7, 1/14 ve 2/1) ve %5, %10 ve %15 metal/destek malzemesi içerecek şekilde katalizörler hazırlanmıştır. KNT üretimleri ise hazırlanan katalizörler ile karbon kaynağı olarak asetilen kullanılarak akışkan yataklı reaktör sisteminde 800°C sıcaklıkta ve 45 dakika sürede gerçekleştirilmiştir. Üretilen KNT'lerin karakterizasyonu için Raman Spektroskopisi, Taramalı Elektron Mikroskopu ve X-Işını Difraktometresi kullanılmıştır. Üstün özelliklere sahip KNT'ler birçok uygulamada kullanılmakta olup, yaygın uygulama alanlarından biri de enerji depolamadır. Lityum iyon piller, yüksek enerji yoğunluğu, uzun ömrü ve düşük maliyeti gibi avantajları sebebiyle enerji depolamada öne çıkan teknolojidir. Tez çalışması kapsamında yüksek verimle üretilen KNT'lerden biri seçilerek lityum iyon pilde anot malzemesi olarak kullanılmış ve pil performansı belirlenmiştir.
Pastörizasyon ön işleminin biyogaz üretim verimine etkisi
Geçmişten bugüne mütemadiyen azalmakta olan fosil yakıtların yakın gelecekte tükeneceği gerçeği, kalkınma ve ilerleme için gerekli olan planlama, istikrar ve süreklilik enerji arzının artmasıyla birlikte alternatif çalışmaları beraberinde getirmiştir. Eş zamanlı olarak nüfusun hızla artış göstermesi ve toplumda tüketimin artmasıyla birlikte oluşan enerji talebi özellikle olarak Türkiye gibi enerjide dışa bağımlı ülkeler için yenilenebilir kökenli enerji kaynaklarına yönelmeyi zorunlu kılmaktadır. Küresel ısınmanın da etkisini göstermesi bu tarz alternatif çalışmaların ilerlemesine ivme kazandırmıştır. Güneş, rüzgar, jeotermal, hidrolik ve biyokütle gibi yenilenebilir kaynaklar hem enerji talebine karşılık verebildiği gibi, hem de sürdürülebilir ve temiz bir çevre için önemli yönelimlerdir. Ülkemizin tarım ve hayvancılık ülkesi olmasından ötürü biyokütle enerji sistemi yakın gelecekte ön plana çıkmaktadır. Sanayi ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte üretim faaliyetlerindeki ilerleme, artan popülasyona paralel olarak besin ihtiyacında artış göstermiştir. Bu husus beraberinde ise yemek artıkları konusunu önemli kılmıştır. Yemek artıkları, ürünlerin tarımsal faaliyetlere başlanmadan önceki ham hallerinden son tüketiciye temin edileceği tüm süreçlerde karşımıza çıkabilmektedir. Tüm bu süreçlerde karşımıza çıkan yemek atıkları yaşamlarının devamını katı atık olarak devam ettirmektedirler. Katı atıkların bertaraf edilmesi sürdürülebilirlik açısından büyük ehemmiyet kazanmıştır. Yemek atıklarının da içinde bulunduğu katı atıkların depolandığı düzenli depolama sahaları katı atık hiyerarşisinde en son tercih edilen durumda değerlendirilmektedir ve nihai bertaraf yöntemi olarak uygulanmaktadır, fakat depolama sistemleri kötü koku, çevreye zarar verecek böceklerin üremesi ve sızıntı suyunun tehlike arz etmesinden ötürü kontrol edilebilme açısından zor sistemlerdir. En son tercih edilen bu sistemler ülkemizde oldukça yaygın ve aktif şekilde uygulanmaktadır. Bu sistemlerde ciddi miktarlara ulaşan atık miktarları, beraberinde enerji geri kazanım sistemlerini de getirmektedir. Biyokütle enerjisi, halen Yenilenebilir Enerji Destekleme Mekanizması YEKDEM tarafından 10 senelik zaman süresince 0,133 USD/kWh alım garantisi altına alınmıştır. Dönüşüm teknolojilerinde yerel aksam ve ekipmanlara bağlı olarak ise bu teşvik miktarları artmaktadır. Biyokütle enerjisi içerisinde yemek atıklarının dışında tarımsal atıklar, hayvansal atıklar, orman atıkları, ekinler gibi farklı atık çeşitlerini de barındırmaktadır. Farklı atık türleri farklı dönüşüm teknolojileri ile birlikte değerlendirilmektedir. Elektrik enerjisi elde etmek için termokimyasal ve biyokimyasal yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler doğrudan yakma, piroliz, gazlaştırma, anaerobik çürütme ve düzenli depolama sahasından elde edilen gazlar sayesinde gerçekleştirilmektedir. Anaerobik çürütme tezimizde de incelenen geri kazanım yöntemi olup, diğer dönüşüm sistemleri arasında en verimlisi ve de çevreye olumsuz etki etme açısından yemek atıkları için en uygun teknoloji olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu metot sayesinde yüksek miktarda metan gazı ve karbondioksit gazı içeren biyogaz elde edilmektedir. Elde edilen biyogaz, gaz motorları vasıtasıyla elektrik enerjisine çevrilmektedir. Aynı zamanda gaz motorundan elde edilen atık ısı proseste değerlendirilebilmektedir. Proses sonrasında biyogazın haricinde yüksek kalitede kompost adı verilen gübre de elde edilmektedir. Elde edilen biyogazı elektrik enerjisi üretimi yapılmadan önce beslemedeki yemek atıklarının içerisinde bulunması muhtemel patojenlerden arındırmak amacıyla pastörizasyon işlemi yapılmaktadır. Bu işlem Avrupa Birliği yasal mevzuatlarında zorunluluk olarak yer almaktadır. Bu işlemde besleme 1 saatlik süre boyunca 70 oC sıcaklıkta bekletilmektedir. Çözünürlüğün sıcaklıkla doğru orantılı arttığı genellemesi farklı ısıl işlem sürelerinde gözlemlenmiştir. Tez çalışmasından sonra ise, mavzuatın getirdiği bu zorunluluğun uygulanması ve uygulanmaması durumundaki anaerobik fermantasyon sonucu elde edilmiş olan biyogaz üretim miktarındaki etkisi de karşılaştırılacaktır. İncelemesi yapılan atıklar İstanbul Teknik Üniversitesi merkez kampüsünün yemekhanesinden alınmıştır. Yemekhanede oluşan yemek atıkları İstanbul Teknik Üniversitesi Katı Atık Laboratuvarı'na getirilmiştir ve 4 oC'ta muhafaza edilmiştir. 500 Watt'lık doğrayıcıdan geçirilen yemek atıkları küçük parçalar haline getirilmiştir. Küçük parçalar haline getirilen atıklar üzerinde Toplam katı madde (TKM), toplam uçucu katı madde (TUKM), Toplam Kjeldahl Azotu (TKN), toplam fosfor (TP) ve pH analizlerini içermektedir. Isıl işlem 70 oC sıcaklıkta 1 saat bekletme prosedürünü baz alarak 70 oC sıcaklıkta 15 dk, 30 dk, 1 saat, 2 saat, 3 saat, 4 saat, 6 saat, 8 saat, 10 saat, 12 saat, 14 saat, 16 saat, 18 saat, 20 saat, 22 saat, 24 saat, 27 saat, 30 saat, 33 saat, 36 saat sürelerinde bekletilmiştir. Bu yöntemlerle farklı sürelerde uygulanan ön ısıl işlemin çözünürlükleri, pH ve iletkenlik değişimleri incelenmiştir. Sıcaklığa maruz kalınan süre arttıkça çözünürlüğün arttığı görülmüştür. Ön ısıl işlem süreleri içerisinde, en iyi çözünürlük değeri 30 ve 36 saatlere ait olduğu görülmüştür. Bu sürelerde çözünmüş KOİ değeri 47.888 mg/L olarak bulunmuştur. Çözünürlük ile doğru orantılı olan iletkenlik değerleri de zamana bağlı olarak artış göstermiştir. pH ise sıcaklığa maruz kalma süresi arttıkça azalmıştır. Bu çalışmalara ek olarak, ön işlem yapılmayan beslemenin fermentör sıcaklığının hem mezofilik (40 aC) hem de termofilik (55 oC) sıcaklıkta bulunduğu sistemler için çözünmüş KOİ değerleri 6 saat, 12 saat, 18 saat, 24 saat, 30 saat ve 36 saat boyunca incelenmiştir. Ön ısıl işlem yapılmadan, fermentörün mezofilik sıcaklıkta olduğu sistem içerisinde, en iyi çözünürlük değeri 36 saate ait olan 36.736 mg/L olduğu görülmüştür. Termofilik sıcaklıkta yapılan sistemde ise bu değer, yine 36 saate ait olan 41.656 mg/L'dir. Ayrıca, değişen ön ısıl işlem sürelerinde toplam koliform, Escherichia coli ve fekal koliform bakteri sayısı incelenmiştir. Tez çalışmamızda bu zorunlu uygulamanın patojenlerden arındırma işlemi için yeterli olup olmadığı incelenmiştir. Bu ısıl işlem sonrasında yapılacak olan bakteri ölçümü farklı bekleme sürelerinde gözlemlenmiş ve tekrar ölçümleri yapılmaya devam edilmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda 1 saat ön ısıl işlem süresi uygulamanın tüm patojenleri yok etmek için yetersiz olduğu görülmüştür. Tez çalışmasının ardından, alınan sonuçlara göre, araştırma çalışmalarına devam edilecektir. Elde edilen çözünürlük değerleri incelenerek, reaktörler ön ısıl işlem süreleri belirlenecektir. Birinci reaktörde, çözünürlük değerlerinin en yüksek değere çok yakın olduğu 24 saat süre belirlenmiştir. İkinci reaktör için ön ısıl işlem süresi kısaltılmak istenmiş ve bu sebeple 8 saat olarak belirlenmiştir. Üçüncü reaktörlere 1 saat ön ısıl işlem süresi yapılması, dördüncü reaktöre ise hiç ön ısıl işlem yapılmaması kararına varılmıştır. Besleme reaktörün mezofilik olarak çalıştırıldığı sıcaklıklarda günlük olarak beslenecektir. Farklı özellikler taşıyan bu reaktörlerde üretilen biyogaz miktarı karşılaştırılacaktır. Biyogaz miktarı tespit edildikten sonra sonra, biyogaz içeriği (karbondioksit, metan, vs.) incelenecektir. Bu oranlara göre biyogaz içeriğinde önemli olan bileşik olan metan değerleri karşılaştırılacaktır.
Mikrobiyal yakıt hücrelerinden enerji üretimi
İnsan nüfusunun artmasıyla beraber, teknolojideki ilerlemeler ve gelişmelere bağlı olarak kullanılan enerji ihtiyacı da arttı. Yenilenmez enerji kaynaklarından olan; petrol, doğalgaz, linyit, kömür vb. kaynakların tükenme aşamasına geldiği için yenilenebilir alternatif enerji kaynaklarına olan ihtiyacın arttığı bilinmektedir. Fosil yakıtların aşırı kullanılması ve oluşan bağımlılık neticesinde, mevcut olan kaynakların yeterli olmaması nedeniyle sürdürülemez. Birden fazla enerji bulma çözümleri üzerinde araştırmalar yürütülürken, bulunan çözümlerin tek başına fosil yakıtların tamamının yerini alabileceği görünmüyor. Bu sebeplerden dolayı farklı yollarla belirli görevler için enerji üretimi sağlayan birden fazla alternatiflerin olması muhtemeldir. Küresel iklim değişikliklerin artarak meydana gelmesi, yenilenebilir enerji üretimine yönelik yapılan çalışmalar öncelik haline gelmiştir. Yenilenebilir enerji kaynakları alternatif bir enerji kaynağı olarak önümüzdeki yıllarda önemli bir alana sahip olacaktır. Sürekli artan nüfusla beraber kullanılan su miktarı da artmaktadır. Kullanılmış su (atık su) çevreye ciddi çevresel sorunlara neden olmaktadır. Bunu önlemek ve atık suyu arıtmak için atık su arıtma tesisleri kurulmaktadır. Atık su arıtma tesislerinin işletimi ve kullandığı elektrik enerjisiyle beraber oluşan maliyet yüksektir. Sürekli faaliyet gösterecek atık su arıtma tesisleri için enerjinin geri kazanılması çok önemlidir. Yenilenebilir enerji kaynağında alternatif bir enerji kaynağı olarak önümüzdeki yıllarda önemli bir alana sahip olacak enerji kaynaklarından biri de mikrobiyal yakıt hücreleridir. Organik maddelerin mikroorganizmalar tarafından parçalanmasıyla elde edilen kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesini sağlayan sistemler mikrobiyal yakıt hücreleri olarak bilinir. Bu tezde, mikrobiyal yakıt hücreleri sisteminin bileşenlerini, çalışma prensibini ve Şırnak'taki atık su arıtma tesisinden elde edilen elektrik enerjisini inceleyeceğiz.
Türkiye'de güneş enerji santrali ve Bingöl Karlıova - Solhan örneği
Yenilenebilir enerji kaynakları, doğal süreçler tarafından sürekli olarak yenilenen ve tükenmeyen enerji biçimleridir. Bu kaynaklar, enerji üretiminde kullanılan fosil yakıtların aksine, çevresel etkileri minimize eden ve sürdürülebilirlik sağlayan alternatifler sunar. Yenilenebilir enerji kaynakları temel olarak şu alt kategorilere ayrılır: Güneş Enerjisi, Rüzgâr enerjisi, Jeotermal enerji, Hidroelektrik enerjisi ve Biyokütle enerjisidir. Bu kaynaklar, karbon salınımını azaltma, hava kalitesini iyileştirme ve enerji güvenliğini artırma potansiyeline sahiptir. Artan dünya nüfusu, teknolojik ilerlemeler ve fosil yakıtların sınırlı kaynakları, enerji ihtiyacını karşılamak için yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelimi zorunlu hale getirmiştir. Bu bağlamda, güneş enerjisi günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Güneş enerjisinin her bölgede uygulanabilirliği bulunmasına rağmen, üretim miktarı coğrafi konumlara göre değişiklik gösterebilmektedir. Bu çalışmada, güneş enerjisi açısından büyük bir potansiyele sahip olan Türkiye'nin bu enerjiyi ne ölçüde kullanabildiği, avantajları, dezavantajları ve gelecekteki durumu ele alınmıştır. Özellikle Bingöl ilinin Karlıova ve Solhan ilçelerinde güneş enerji santrali kurulumu incelenmiş, bu bölgelerin coğrafi özellikleri, güneşlenme süreleri ve enerji üretim potansiyelleri değerlendirilmiştir. Kış aylarında, Solhan'daki belediyeye ait santralde yapılan enerji üretimi, Karlıova'daki santrale göre 2022 yılında %35,95, 2023 yılında ise %2,78 daha verimli olmuştur. Ancak yaz aylarında bu durum tersine dönmüştür. Yaz aylarında, Karlıova'daki belediyeye ait santral, 2022 yılında %14,97, 2023 yılında ise %6,30 oranında daha verimli elektrik enerjisi üretimi gerçekleştirmiştir. Elde edilen veriler sonucunda, yıllık bazda Karlıova belediyesine ait güneş enerji santrali, 2022 yılında Solhan'a göre %4,28, 2023 yılında ise %2,99 daha fazla enerji üretimi gerçekleştirmiştir. Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir enerji, Hidroelektrik enerji, Rüzgâr enerjisi, Fosil yakıtlar, Güneş enerjisi.
Türkiye'de enerji talebi tahminin metasezgisel optimizasyon yöntemlerle modellenmesi
Enerji talebi tahmini, özellikle hızlı sanayileşme ve kentleşme yaşayan Türkiye gibi ülkelerde enerji politikalarının şekillendirilmesinde kritik bir rol oynamaktadır. Enerji talebinin doğru bir şekilde tahmin edilmesi, enerji arz güvenliğinin sağlanmasına ve yenilenebilir enerji kaynaklarına geçişte stratejik yatırımların yönlendirilmesine yardımcı olur. Bu çalışma, Türkiye'nin 2035 yılına kadar olan enerji talebini tahmin etmek amacıyla modern metasezgisel optimizasyon yöntemlerin kullanımını araştırmakta ve bu karmaşık, çok boyutlu problemi ele almadaki etkinliklerini incelemektedir. Çalışmada, 1979-2011 yıllarını kapsayan ve GSYH, nüfus, ithalat ve ihracat gibi enerji talebinin temel belirleyicilerini içeren bir veri seti kullanılmıştır. Bu veri seti üzerinde Afrika Akbabaları Optimizasyon Algoritması (AVOA), Gri Kurt Optimizasyonu (GWO), Balina Optimizasyon Algoritması (WOA) ve Dinamik Bayes Optimizasyonu (DBO) gibi çeşitli metasezgisel algoritmalar uygulanmıştır. Karşılaştırmalı analiz sonuçları, AVOA, GWO, DBO ve benzeri yaklaşımların en düşük toplam hata oranlarıyla en doğru tahminleri sağladığını göstermektedir. Çalışma, enerji talebi tahminlerinde metasezgisel yaklaşımların önemli bir rol oynadığını vurgulamakta ve Türkiye'nin enerji tüketim eğilimlerini etkileyen kritik faktörleri belirleyerek gelecekteki politika kararlarına ışık tutmaktadır. Bulgular, uzun vadeli enerji planlamasının daha etkili hale getirilmesine ve sürdürülebilir enerji politikalarının geliştirilmesine katkı sağlamayı amaçlamaktadır.
BİLSTM tabanlı derin öğrenme modeli ile belediye katı atık tahmini, biyogazdan elektrik enerjisi üretimi ve sera gazı azaltım potansiyelinin incelenmesi: Şırnak ili örneği
Günümüzde hızla artan nüfus, kentleşme ve değişen tüketim alışkanlıkları, Belediye Katı Atık (BKA) miktarlarının sürekli artmasına yol açmakta ve sürdürülebilir atık yönetimi ile enerji üretimi gibi çevresel faydaların değerlendirilmesini zorunlu kılmaktadır. Özellikle BKA'lardan biyogaz üretimi ve elektrik enerjisi elde edilmesi, fosil yakıt kullanımını azaltarak Sera Gazı (SG) emisyonlarının düşürülmesine katkı sağlamaktadır. Bu çalışmada, Şırnak ili için 2025-2045 dönemi BKA miktarlarının BiLSTM derin öğrenme modeli kullanılarak tahmin edilmesi ve bu tahminler temel alınarak biyogaz üretim potansiyeli, elektrik enerjisi kapasitesi ve SG emisyon etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Model, Şırnak iline ait 2007-2024 yılları arasındaki geçmiş BKA yıllık miktarları ve finansal, sosyal ve demografik 12 değişkenden oluşan veri seti kullanılarak Python ve NumPy ile geliştirilmiş, veriler %80 eğitim ve %20 test olarak ayrılmıştır. 2007-2024 verileriyle eğitilen model, hiperparametre optimizasyonu sonrası %3,83'lük düşük bir Ortalama Mutlak Yüzde Hata (MAPE) değeri elde etmiş ve 5 katlı çapraz doğrulama ile ortalama %7,99 MAPE sağlanmıştır. Bu değerler, modelin yüksek doğruluk ve güvenilirliğe sahip olduğunu göstermektedir. Tahmin sonuçları, 2025 yılında yaklaşık 298,090 ton olan BKA miktarının 2045 yılına kadar yaklaşık 825,929 tona çıkarak %63,9 oranında artacağını ortaya koymaktadır. LandGEM modeli ile yapılan hesaplamalara göre, 2025'te yaklaşık 2.47 milyon m³ olan CH₄ üretim potansiyeli 2045'te 6.86 milyon m³'e ulaşacak ve %75 etkin metan toplama varsayımı ile sırasıyla 1.85 milyon m³ ve 5.14 milyon m³ CH₄ geri kazanılabilecektir. Elektrik üretim potansiyeli 2025'te 5,157 MWh, 2045'te 14,315 MWh olup, toplamda yaklaşık 225,478 MWh enerji üretimi öngörülmektedir. Optimum biyogaz santral kurulu gücü ise 1.63 MW olarak hesaplanmıştır. Ayrıca biyogaz kullanımının, fosil yakıtlara kıyasla ortalama 141,375 ton CO₂ eşdeğeri SG emisyonunun önlenmesine katkı sağlayacağı tahmin edilmektedir. Çalışma sonuçları, BiLSTM tabanlı BKA tahminlerinin atık yönetimi ve enerji planlamasında güvenilir bir araç olduğunu, biyogaz kullanımının fosil yakıtların yerini alarak çevresel etkilerin azaltılmasına katkı sağladığını ve elde edilen elektrik enerjisi üretimiyle sürdürülebilir bir atık-enerji dönüşüm yaklaşımını desteklediğini göstermektedir.
Bina enerji tüketim tahmini için makine öğrenmesi tekniklerinin incelenmesi
Binalardaki gereksiz enerji tüketimi, dünyada artan iklim değişikliği ve küresel ısınma sorunlarına neden olan önemli bir konudur. Bu nedenle, binalarda etkin enerji yönetimi yaklaşımlarının geliştirilmesi gerekmektedir. Enerji tüketiminin doğru tahmin edilmesi binaların enerji verimliliğinin artırılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Son yıllarda, binaların enerji tüketimini tahmin etmek için standart fizik veya istatistiksel yöntemlerden daha doğru tahmin sonuçları sağlayacak veriye dayalı yöntemler önem kazanmıştır. Bu tez çalışmasında, Bina Enerji Yönetim Sistemine (BEYS) entegre edilecek saatlik bina enerji tüketimi tahminini gerçekleştirmek için makine öğrenimi yöntemleri karşılaştırılmaktadır. Rastgele Orman (RO), Gradyan Artırma Ağacı (GAA), Destek Vektör Makinesi (DVM), Yapay Sinir Ağı (YSA) ve Derin Sinir Ağı (DSA) yöntemleri ve bir örnek binadaki bir yıllık enerji tüketim verileri kullanılarak tahmin işlemi gerçekleştirilmiştir. Enerji tüketiminin doğru tahmini için meteorolojik, zamansal ve klima talep bilgileri olmak üzere üç kategorideki parametreler kullanılmıştır. Deneysel sonuçlar, makine öğrenmesi yöntemlerinin, bir binanın toplam enerji tüketimini tahmin etmekte yüksek performansla başarılı olduklarını göstermiştir.
c-Si heteroeklem güneş hücrelerinde geçirgen iletken oksit katman olarak kullanılan indiyum kalay oksit ince filmlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Küresel temiz enerji talebinin artması, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını ve fotovoltaik (PV) teknolojilerinin önemini artırmıştır. Özellikle kristal silisyum (c-Si) güneş hücreleri, PV pazarının %90'ından fazlasını oluşturmakta olup, maliyet ve verimlilik odaklı araştırmalarda ön plana çıkmaktadır. Bu bağlamda, silisyum heteroeklem (SHJ) güneş hücreleri, sundukları yüksek performansla büyük ilgi görmektedir. Bu çalışmada, SHJ hücrelerinde kullanılan geçirgen iletken oksit (TCO) katmanı olarak İndiyum Kalay Oksit (ITO) ince filmlerinin optimizasyonu amaçlanmıştır. ITO filmlerinin karakterizasyonu ve optimizasyonu, sıcaklık, plazma gücü ve oksijen akış oranına bağlı olarak gerçekleştirilmiştir. Cam yüzeyler üzerinde 100 nm kalınlıkta ITO filmleri, farklı sıcaklıklarda (RT, 150, 175, 200, 225, 250 °C) PVD yöntemi ile üretilmiş; en iyi sonuç 200 °C'de elde edilmiştir. Sıcaklık optimizasyonunun ardından, farklı plazma güçlerinde (1800, 1850, 1900, 1950, 2000, 2050 W) ITO filmleri üretilmiş ve 2050 W güçte optimum sonuçlar alınmıştır. Ayrıca, oksijen akış oranları (0, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 5 sccm) denendiğinde, en uygun değer 2.5 sccm olarak belirlenmiştir. Optimizasyon çalışmasının SHJ güneş hücresinin verimliliği üzerindeki etkisi incelenmiş ve güneş hücresinin fotovoltaik parametreleri olarak analiz edilmiştir. Yapılan ölçümler sonucunda, güneş hücresinin verimliliği %21.64 olarak ölçülmüştür.
Bor katkılı indirgenmiş grafen oksit sentezi ve karakterizasyonu
Literatüre göre, grafen katkılama da yaygın olarak kullanılan malzemeler; nitrojen (N), bor (B), fosfor (F), sülfür (S) elementleridir. Katkıcılar seçilirken seçerken dikkat edilmesi gereken nokta katkı maddesinin içerdiği atom ile karbon atomu arasındaki ilişkisi ve kullanılacak uygulama alanıdır. Bundan dolayı yaygın olarak p ve n tipli katkılama da bor ve nitrojen yaygın olarak kullanılmaktadır. Bor ve nitrojen; karbon atomların boyutu nedeniyle grafen oksit kafes yapısına daha kolay entegre edilebileceği için bor ve nitrojen yaygın olarak kullanılmaktadır. Buna bağlı olarak, bor ve nitrojen moleküllerinin grafene katkılanmasıyla grafenin elektronik özellikleri ve kimyasal reaktivetisini uyarlamak için etkili bir yaklaşımdır. Grafen oksitin ya da indirgenmiş grafen oksitin kapasitansını geliştirmek bor veya nitrojen gibi hetero atomlarla doping yapılarak iyileştirilebilir. Katkılamada, grafendeki gözenek sayısının artmasıyla yüzey alanında arttığı görülmüştür. Bor katkılamanın nitrojene göre daha yaygın kullanılma sebebi, nitrojenin çok kolay oksitlenebilmesi sonucu sentezlenen malzemenin gün geçtikçe oksitlenmeden dolayı malzemedeki nitrojen oranının azalması araştırmacıları bor katkılı indirgenmiş grafen oksite yönlendirmiştir. Bor ile nitrojen katkılamada bir diğer dikkat çekici özellik ise bor katkılı indirgenmiş grafen oksitin yüksek sıcaklığa kadar dayanabilmesidir. Bu özellik sayesinde çeşitli uygulamaları mevcuttur. Grafen henüz çok yeni bir malzeme olması, geniş uygulama alanlarına sahip olması ve üstün özelliklere sahip olmasından dolayı birçok araştırmacının dikkatini çekmektedir. Grafen oksit ise grafene benzer özellikler sergilemesine ve özellikle endüstriyel uygulamalar bakımından geniş kullanım alanına sahip olmasına rağmen elektriksel olarak yalıtkandır. İndirgeme adımıyla grafen oksitin elektriksel özellikleri iyileştirilmesine rağmen kullanılan indirgeyicilerin pahalı olması ve oksit grupları indirgeme için sıcaklık, zaman, indirgeyici kimyasal oranı birçok parametrenin optimizasyonu gibi uzun işlemlerin ardından yeterince aktif grupların oluşmasına imkân vermemektedir. Bu kapsamda bor katkılı indirgenmiş grafen oksit sentezi ile elektriksel özellikler açısından indirgenmiş grafene oksite kıyasla daha iyi malzeme sentezi gerçekleştirilecektir. Ayrıca, görece ucuz ve geniş ölçekte grafen sentezine imkân vermesinden dolayı kimyasal yöntem kullanılarak bor katkılı indirgenmiş grafen oksit sentezi önemli bir avantaj oluşturacaktır. Katkılama işleminin başarılı bir şekilde elde edildiğini ortaya koymak amacıyla karakterizasyon yöntemleri uygulanacaktır. Uygulanan karakterizasyon işlemleri sonucunda indirgenmiş grafen oksit katkılamasının başarı derecesi tespit edilecektir ve böylece indirgenmiş grafen oksitin ucuz ve kolay yöntemle elektriksel özellikleri iyileştirme sağlanacaktır. Grafen oksit üzerine ulusal anlamda sınırlı tez çalışması olması bu alandaki çalışmalara katkı sunmasını sağlayacaktır. Bu tez kapsamında gerçekleştirilecek grafen oksit sentezi ve katkılama işlemlerinin ardından indirgenmiş grafen oksit için güneş hücreleri dahil birçok alanda uygulama imkanı sağlanmış olacaktır.
Enerji depolama uygulamaları için biyomakromolekül katkılı faz değiştiren madde kompozitlerin geliştirilmesi
Faz Değiştiren Maddeler (FDM), belirli bir sıcaklıkta faz değiştirerek (katı-sıvı veya sıvı- gaz) gizli ısıyı depolayıp veya serbest bırakan, böylece sıcaklık dalgalanmalarını önleyerek ısıl konfor sağlayan maddelerdir. Bu çalışmada termal enerji depolama uygulamalarında kullanılmak için bir biyomakromolekül olan hümik asit kullanılarak hümik asit katkılı faz değiştiren madde kompozitleri ve mikrokapsülleri geliştirilmiştir. Mikrokapsül işlemi esnasında oktadekan, parafin ve miristik asit kapsül çekirdek materyali ve hümik asit kapsüllerin dış duvar materyali olarak kullanılmıştır. Üretilen mikrokapsüllerin; erime donma özelliklerinin incelenmesi ve termal enerji depolama kapasitelerinin belirlenmesi amacıyla Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) analizleri, termal stabilitelerini belirlemek amacıyla Termal Gravimetrik Analizleri (TGA), kimyasal özelliklerini belirlemek amacıyla Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FTIR) analizleri, morfolojik özelliklerinin belirlenmesi için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizleri yapılmıştır. Ayrıca mikrokapsüllenmiş FDM'lerden oluşan peletlerin mekanik dayanım, termal iletkenlik ve termal performans özellikleri belirlenmiştir.
Nükleer tesislerde bilişim emniyeti
Bu çalışmada nükleer tesislerin bilişim emniyeti konusunda takip edilmesi ve dikkat edilmesi gereken hususlar konusu çalışılmış, doğrudan çözüm bulmak yerine metodoloji önerilmiştir. Önerilen metodoloji tesisin bütün paydaşlarını göz önüne almakta ve genel bir politika ve farkındalığın varlığına katkıda bulunmaktadır. Bilişim emniyetinin göz ardı edilmesi veya yeterince önemsenmemesi durumunda, dünyadaki meydana gelen olaylardan bahsedilmiş, ayrıca olabilecek senaryolarla örneklendirilmiştir. Nükleer tesisler hem bilgi teknolojileri hem de endüstriyel kontrol sistemleri şebekelerini içerirler. Her birinin ayrı olarak incelenmesi gerekir. Tesis için endüstriyel kontrol sistemleri daha önemlidir, emniyeti daha hassas şekilde ele alınmalıdır. Öncelikle tehditlerin neler olabileceği tespit edilmelidir. Bilişim emniyeti hayat döngüsünde bu tehditlerin hangi aşamalarda nasıl oluşabileceği belirlenmelidir. Saldırgan profilleri çıkarılmalı ve bunlara karşı farklı önlemler düşünülmelidir. Organizasyonel durumlar da ele alınmalıdır. Kurum yönetimi, tesis için bilişim emniyetinin öneminin farkında olmalıdır. Bilişim emniyeti sorumlusu seçimindeki kriterleri özenle belirlemelidir. Kurumun bir Bilişim Emniyeti Politikası olmalıdır. Bu politika uygulatılabilir, başarılabilir, denetlenebilir olmalıdır. Bu politika kültür haline gelmeli ve herkes kendi sorumluluğunun farkında olmalıdır. Politika, plan halinde uygulanmalıdır. Plan içinde organizasyon ve sorumluluklar, varlık yönetimi, risk, zaaf ve uyumluluk değerlendirmesi, sistem emniyet tasarımı ve konfigürasyon yönetimi, operasyonel emniyet prosedürleri ve personel eğitimi konuları işlenmelidir. Eğitim programları düzenlenmeli, bilişim emniyeti farkındalığı, sürekli gelişme yöntemleri veya tekrar eğitim ölçümleri konularını da içermelidir. Bu planın diğer emniyet alanları ile etkileşimi de düşünülmelidir. Bilişim sistemleri emniyetine kademeli bir yaklaşım olmalıdır. Böylelikle bir saldırının potansiyel sonuçları için orantılı emniyet önlemleri uygulanır. Kademeli yaklaşımın bir pratik kurulumu; bilişim sistemini alanlara bölmek ve o alana has seviyede kademeli önleyici tedbirleri uygulamaktır. 2011 yılında yapılan tahminlere göre insan hatası kökenli emniyet ihlallerin oranı %60-80 arasındadır. Bu oran bize insan hataları üzerinde de ciddi tedbirler almamız gerektiğini göstermektedir. Bilişim emniyeti açısından ve sistem devamlılığı için çalışanların, genel bilişim emniyeti planındaki rollerinin önemini güçlü bir şekilde anlamaları, kendi sorumlulukları tarafındaki gerekli bilişim emniyeti bilgisi ve becerisi, etkin bir emniyet kültürünün kendileri ile başladığının anlaşılması çok önemlidir. Olası saldırılar için önceden senaryo çalışmaları yapmak faydalı olacaktır. Bu konuda yararlanılabilecek bir çizelge oluşturulmuş ve bundan örnek senaryolar üretilmiştir. Sonuç olarak bütüncül bir yaklaşım önerilmiş, bir nükleer tesiste olası tüm saldırılabilecek varlıklar açısından genel bir bakış ile nükleer tesislere özel tam bir koruma yönteminin metodolojisi yakalanmaya ve önerilmeye çalışılmıştır.
Türkiye için 2015 yılı aylık elektrik enerjisi talep tahmini
Tüm dünyada olduğu gibi Türkiye'de de elektrik enerjisi kullanım ihtiyacı her geçen gün artmaktadır. Bu talebi karşılamak için ülkelerde sürekli olarak yeni politikalar geliştirilmekte, var olan politikalar da ihtiyaca göre sürekli olarak revize edilmektedir. Türkiye enerji kullanım yoğunluğu artış eğiliminde olan bir ülkedir. Bunun için de önümüzdeki yıllar için doğacak enerji ihtiyacını belirlemek, arz ve talep dengesini kurmak birinci önceliğidir. Bu dengeyi sağlayabilmek için ülkemizde yeni tesis kurulumlarını teşvik etmenin yanı sıra; ülke dışından enerji ithal etmek, tesislerin kendi enerjisini üretebilmesi için destekler sağlamak, özellikle de yenilenebilir kaynaklı üretimleri teşvik etmek gibi çok çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Başka bir açıdan değerlendirdiğimizde enerji piyasası dünyanın en önemli piyasalarındandır. Bu piyasanın güçlü bir aktörü olabilmek için Türkiye, ulusal ve uluslararası yatırımcıların piyasadaki etkilerini arttırmayı temel amaç olarak benimsemiştir. Bu amaçla, özellikle elektrik enerjisi üretimi, dağıtımı ve iletimi ile ilgili oldukça köklü değişiklikler yapılmıştır. Bu değişikliklerin başında özelleştirme süreçleri gelmektedir. 1994 yılına kadar Bütünleşik Yapı ile yönetilen, tekel konumundaki Türkiye Elektrik Kurumu'nda 1994 yılında ayrıştırma yapılması ile özelleştirme süreci başlamıştır. 2001 yılına gelindiğinde ise ayrıştırma süreci tamamen gerçekleşmiştir. Ayrıştırma sonucunda Elektrik Üretim A.Ş. devlete ait santaller ile elektrik üretimi yapmakta, Türkiye Elektrik İletim A.Ş. üretilen elektriğin kullanıcıya iletimini sağlamakta, Türkiye Elektrik Ticaret ve Taahhüt A.Ş. elektrik ticaret ve taahhüt faaliyetlerini, Türkiye Elektrik Dağıtım A.Ş. ise 21 özel dağıtım şirketi ile dağıtım işlevini gerçekleştirmektedir. 2001 yılında kurulan Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu ile ayrıştırmanın getirdiği, elektrik iletim ve dağıtım faaliyetleri düzenlenmiştir. Elektrik üretim kısmında ise rekabet oluşmuştur. Bu rekabetin oluşması ile bir takım yeni iş kolları ve iş gereklilikleri ortaya çıkmıştır. Tüketilebilecek elektrik enerjisinin tahmini de bu gerekliliklerden birisidir. Yapılan değişikliklere göre de gelecek yıllar için elektrik enerjisi talebinin tahmin edilmesi çok daha önemli hale gelmiştir. Literatürde, elektrik enerjisinin gelecek için tahmin edilmesine yönelik çalışmalar bulunmaktadır. Bunlardan en çok kullanılanları Eğri Uydurma Yöntemi, Ortalama Yıllık Artış Yüzdesi Kullanımı, Son Kullanım Yöntemi, Yüzeysel Yük Tahmini, Regresyon Analizi ve Yapay Sinir Ağları yöntemleridir. Konu ile ilgili çalışmalar her geçen gün detaylandırılarak devam etmektedir. Ancak pratikte, talep edilen elektrik enerjisi miktarı ile söz konusu tahminlere yaklaşılabilmesi için oldukça fazla değişkenin hesaba katılması gerekmektedir. Bu durum da tahminlerdeki hata payını arttırmakta ve üretilen elektrik enerjisi miktarlarında eksikler veya artıklar oluşmasına yol açmaktadır. Bu çalışmada, 2015 yılı için aylık, Türkiye elektrik enerjisi talebi güvenilir bir şekilde belirlenmeye çalışılmıştır. Araştırma, Türkiye genelinde aylara göre elektrik enerjisi tüketimi üzerine kurgulanmıştır. Bu amaçla, birçok ülkede kullanılan ve güvenirliği test edilmiş bir yazılım olan PLEXOS yazılımı kullanılmıştır. Yapılan tahminlerde kullanılan veri gruplarından en uygun verilerin geçmiş yılların enerji tüketim değerleri, yıllık nüfus verileri ve elektrik enerjisi aylık fiyatları olduğu tespit edilmiştir. Öncelikle 2011 yılından başlayarak, 2014 yılına kadar aylık elektrik tüketim verileri incelenmiştir. Ardından güvenilirlik amaçlı testler yapılarak 2014 yılının açıklanmış verileri ile yazılım sonuçları karşılaştırılmıştır. Bu doğrulama ile kullanılan yazılımın ve kullanılan verilerin güvenirliği belirlenmiştir. Kıyaslama yapabilmek adına yapılmış diğer tahminlere, ticari amaçlar doğrultusunda yapıldıkları için maalesef ulaşılamamıştır. 2014 yılı için yapılan doğrulama çalışmalarında Ocak, Mayıs, Temmuz, Eylül, Ekim ve Kasım aylarının elektrik enerjisi tüketimleri tahminlerden yüksek çıkmıştır. Diğer yandan söz konusu yıl için elde edilen tüm veriler, "Elektrik Enerjisi Talep Tahminleri Hakkındaki Yönetmelik'de Üçüncü Bölüm, Madde 9. (2) Uygulanacak testlerde seçilecek güven aralığı %10'u geçemez" şeklinde belirtilen güven aralığı sınırlarında kalmıştır. Bu durum kullanılan yazılımın, yapılan testlerde gösterdiği başarıyı 2015 yılı için de doğruladığını desteklemiştir. 2015 yılı için yapılan elektrik enerjisi tüketim tahminleri ise TEİAŞ tarafından aynı yıl için yapılan tahminlerle kıyaslanmıştır. Mayıs ayı için yapılan elektrik enerjisi tüketim tahmini %0,5 hata ile TEİAŞ tahminine en yakın değer olarak bulunmuştur. %8 hata ile TEİAŞ elektrik enerjisi tüketim tahmininden en farklı yapılan tahmin ise Eylül ayındadır. Yapılan tahminlerde Ocak, Şubat, Mart, Haziran, Ekim ve Aralık aylarında TEİAŞ tahmin değerlerinin üzerine çıkılırken; diğer aylarda TEİAŞ tahminlerinden düşük değerler bulunmuştur.
Davlumbazda enerji veriminin arttırılması
Son yıllarda diğer sektörlerde olduğu gibi beyaz eşya sektöründe de enerji verimliliği değerleri ön plana çıkmaktadır. Buna kullanıcıların satın aldıkları ürünlerin enerji tüketimlerine gösterdikleri ilginin yanı sıra, standart kuruluşların beyaz eşya sektörü için getirmiş oldukları deklarasyon zorunlulukları ve belirledikleri kısıtlar neden olmaktadır. Tez çalışması kapsamında da buradan yola çıkılarak özellikle rekabetin üst seviyelere yaklaştığı ve enerji verimliliğinin iyileştirilebilmesi için detaylı çaışmaların gerektiği davlumbaz ürününün enerji veriminin iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Tez çalışması, mevcut durumda A enerji sınıfı olan perimetralli ve 90 cm olan bir ürün üzerinde gerçekleştirilmiştir. Çalışmada perimetralli bir ürün seçilmesinin sebebi, özellikle hava perdesi oluşturarak yemek buharı toplama ve koku giderim faktörünü arttırmaya yarayan perimetral yapısının optimize edilerek davlumbazın enerji verimliliği değerinin iyileştirilebileceğinin düşünülmesidir. Bu yüzden perimetral tasarımının optimizasyonu için kritik parametrelerin belirlendiği bir tasarım metodolojisi oluşturulmuştur. Çalışma kapsamında davlumbazda parçalı perimetral yapısına geçişin emiş bölgesindeki akış hızlarının karakteristiğine ve davlumbazın debi değerine olan etkisi sayısal ve deneysel olarak analiz edilmiştir. Sayısal analiz için parçalı perimetralde ortaya çıkan perimetral aralıklarının genişliği ve perimetral aralıklarının konumu, hava debisi ve emiş bölgesindeki akış hızları gibi parametreler dikkate alınmıştır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi için ANSYS Fluent paket programı kullanılmıştır. HAD analizlerini doğrulamak için rüzgar tünelinde debi ölçümleri yapılmış ve sayısal sonuçlar ilk durum ve parçalı perimetral geometrisi için %1,54 olan rüzgar tüneli belirsizliği içerisinde kalarak doğrulanmıştır. Daha sonra doğrulanmış analiz sonuçlarına göre parçalı perimetral optmizasyonu için %3 ile %9 arasında hata payı veren, debi ve emiş bölgesi köşelerindeki akış hızına bağlı 2 adet denklem elde edilmiştir.
Thermal comfort optimization with occupant interaction in dynamic HVAC control
According to the Environmental Protection Agency (EPA), people spend 90% of their time indoors. Consequently, a significant number of study is performed in order to determine the effect of thermal environment on occupant health and productivity. The findings of these studies show that thermal environment has a significant effect on occupant thermal sensation and well-being. With the development of HVAC and building management systems, total control of the indoor environment becomes possible, and comfort bears a higher level of importance in order to maintain healthy indoor conditions. Thermal comfort is defined as "the condition of mind that express satisfaction with the thermal environment" and its depends on the different physical, physiological and psychological parameters. In order to assess thermal comfort, different models are proposed by a significant number of studies. The most widely accepted method is developed by Fanger, and it rests upon heat balance equations between indoor environment and the human body. This model is a function of six parameters, which split into environmental and personnel parameters; indoor air temperature, mean radiant temperature, relative humidity, air velocity, activity type and level, and clothing insulation of occupants. The focus of this thesis is research and evaluation of dynamic thermal comfort optimization methods for a shared spaces. The reason of that in single occupant offices, a thermally comfortable environment can be created simply based on occupant requirement. However, it is difficult to find an optimal thermostat setting temperature for multiple occupants sharing the same office. Studies show that most of the occupants have to stay at uncomfortable environments during the day because of the lack of proper control in buildings. It causes a decrement in performance and well-being of occupant. To overcome this issue, HVAC system should be operated dynamically based on time-varying temperature requirement of space and occupant thermal comfort conditions. However, it is hard to determined optimum temperature setting based on thermal comfort in practice. Most of existing Building Management Systems (BMS) have the issue of the absence of adequate equipment to assess thermal comfort conditions. Even with the proper equipment, it would be near impossible to meet absolute satisfaction because of the subjectivity of the matter and optimum thermal comfort conditions vary from person to person. In order to control HVAC system based on occupant requirement, The occupant participating approach has been developed. This method is bringing the humans in the loop by using their thermal perception feedback to improve mathematical models prediction, and it is started to utilize in a growing number of studies. In this study, thermal comfort optimization methods, which using the occupant participating approach, was examined to find simple and accurate optimization models. For this purpose, literature reviews and commercial products were reviewed, and three different optimization methods were chosen to evaluate. One of these methods uses PMV (Predicted Mean Vote), which is mainly used the method in studies and standards to assess thermal comfort, model to estimate initial thermal comfort conditions with temperature and humidity sensors outputs. In order to correct the PMV estimation, occupant participatory approach is used to collect real and continuous thermal sensation feedback of occupant via a smartphone application. Based on corrected PMV value, thermostat set point temperature is adjusted accurately. In the second method, only occupant feedbacks, which are collected in a similar way to the first method, are used to adjust the set point temperature of indoor HVAC system. The final method uses two-step model; the first step is calculation the optimal temperature for each occupant based on their energy expenditure level estimation and outdoor temperature and the last step is an adjustment the temperature based on occupant dynamic thermal sensation feedback via smart phone. Performances of the selected optimization models were evaluated via Design Builder and EnergyPlus simulation tools. The analysis was conducted in a case study zone, which is an open plan office and located in ARI 6 Technopark building, Istanbul Technical University. Model performance was analyzed regarding energy consumption and thermal comfort conditions. Besides these analyses, effects of thermal comfort on occupants' productivity were examined. For this purpose, humidity and temperature data were monitored and recorded for a one-week period, also during this process, occupant real time feedbacks about their thermal sensations were collected via website application. Measured data were used to calibrate and validate the simulation model of case study building. The evaluations of optimization methods were performed by using calibrated model. The findings of this thesis indicate that dynamic set point temperature control helped to optimize thermal comfort. In addition to this benefit of the control method, the productivity of workers increases under comfort conditions. On the other hand, the results proof the trade-off between thermal comfort and energy consumption of the building.
Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile reküperatör tasarımı ve ısıl analizi
Üretim teknolojisinin hızla gelişmesi ile fosil yakıtların verimli kullanımı için ergitme ve tav fırınlarındaki CO_2 salınımı en fazla dikkat edilmesi gereken unsurdur. Atık ısı geri kazanım sisteminin yoksunluğu ve ergitme fırınlarında yanma veriminin arttırılması için ek çabalar harcanmadığı takdirde ne yakıt tüketiminde ne de CO_2salınım azaltıcı hedeflerin hiç birinin yerine getirilmesi imkansız durumu gelecektir. Dolayısıyla küresel ısınma için sera etkisi ve hava kirliliği,endüstriyel fırınlardaki artan yakıt tüketimi ile ciddi boyutlara ulaşacaktır. Endüstriyel alanda gerçekleşecek bu durumun önüne geçebilmek için değerli olan atık ısının havaya direkt olarak atılmadan önce enerjisinin bir kısmını geri kazanabilecek atık ısı geri kazanım sistemlerine gerek duyulmaktadır. Endüstriyel alanda kullanımı giderek artması ile piyasada rekabetin arttırılması için ergitme ve tav fırın sıcaklıklarına göre farklı tasarımların geliştirilmesi sağlanmıştır. Aynı zamanda az teorik ömüre sahip olan sistemler için hem malzeme cinsi hem malzeme üzerine kaplama yöntemleri üzerine de araştırma ve geliştirmeler sürmektedir. Genel itibari ile sanayilerde bulunan ergitme ve tav fırınlarında iki tip atık ısı geri kazanım sistemi bulunmaktadır. Bunlar sırasıyla reküperatörler ve rejeneratörlerdir. Özellikle rejeneratörlere oranla daha az yer kaplayan ve fırınadaha uniform (eş değer) sıcaklıkta yakma havasının gönderilmesini sağlayan reküperatörler, kullanımı giderek artmaktadır. Endüstriyel reküperatörler içerisinde atık gaz sıcaklığına bağlı olarak modüler alternatif tasarımların sunulması ve bu tasarımlarınatık gazın ısıl enerjisinden iki kez taşınım yoluyla ısı transferini gerçekleştiren kanal tipi reküperatörler, enerjinin yoğun tüketildiği bir çok sanayide tercih durumuna gelmiştir. Kanal tipi reküperatörler günümüzde çalışma sürelerine bağlı olarak teorik ömür süreleri 2-4 yıl arasındadır. Değerli atık ısının daha fazla geri kazanımı ve teorik ömür sürelerinin arttırılması için kanal tipi reküperatörleraraştırma ve geliştirmelerin temel odak noktası durumundadır. Bu yüksek lisans tez çalışmasında, ticari kanal tipi reküperatör üreticisinin bir çelik üretim tesisinde belirlemiş olduğu ısıl veriler dikkate alınarak, reküperatör tasarımı nümerik hesaplamalar ile elde edilmiştir. Çelik üretim tesisinin reküperatör sistemi için ayırdığı bölgeye istinaden tasarım kriterleri dikkate alınarak boru dizilim optimizasyonu yapılmıştır. Yakma havasının reküperatöre giriş ve çıkışında 14 adet boylamasına 13 adet ise enlemesine boru adetleri olacak şekilde tasarımı yapılmıştır. Hesaplamalı akışkan dinamiği yöntemi için hesaplama süreleri önemli bir parametredir. Dolayısıyla tasarlanan reküperatörün enlemesine 1/26'sı alınarak sonlu elemanlara dönüştürülmesi sağlanmıştır. Ticari reküperatör üreticisi tarafından verilen ısıl değerlere istinaden elde edilen nümerik hesaplamalar aynı şekilde 1/26'lık sistem için oluşturulmuştur. Taşınım yoluyla ısı transferini gerçekleştirecek olan sistemin boru (duvar) yüzey bölgeleri sayesinde oluşan hız ve ısıl sınır tabakalarının nümerik hesaplanması yapılmış olup. ANSYS mesh yazılımı ile 1/26'lık reküperatör modelinin sonlu elemanlara dönüştürülmesi sağlanmıştır. FLUENT yazılımı ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözümlemeleri için 1/26'lık modelden elde edilen nümerik hesaplamalar, atık gaz ve yakma havası için sınır şartları oluşturmuştur. Özellikle sanayi akış problemlerinde, k-ε türbülans modeli seçimi yapılarak çözümleme yapılır. Bu türbülans modelinin en gelişmişi olarak realizable k-ε türbülans modeli çözümleme için kabul edilerek kontrol hacimlerinde akışın incelenmesinde yararlanılmıştır. Birinci dereceden ve ikinci dereceden nümerik ayrıklaştrma yöntemleri kullanılmış ve birbirleriyle karşılaştırılması yapılmıştır. İkinci dereceden ayrıklaştırma yönteminin daha hassas sonuçlar üretmesi sebebiyle akışın modellenmesi ve incelenmesi için elde edilen değerler dikkate alınmıştır. Ayrıca sonuçların örgü (mesh) yapısına bağlı olup olmadığı da kontrol edilmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yönteminde elde edilen sonuçlar ile nümerik olarak tasarımı yapılan reküperatörün karşılaştırılması yapılmıştır ve sonuçlar arasında ufak farklılıklar görülmüştür. Bunlar ise sırasıyla yakma havasının biraz daha fazla yüksek sıcaklığa ulaşmasından ve atık gazın ise daha düşük sıcaklıkta sistem atılmasından kaynaklanmıştır. Ticari reküperatör üreticisitarafından yapılan reküperatör tasarımı ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile elde edilen sonuçların yakıt tasarruf oranları üzerine karşılaştırılması yapılmıştır. Modelin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile çözümüyle elde edilen değerlere istinaden yakıt tasarruf oranının yaklaşık %24 olduğu görülürken, ticari reküperatör üretici tarafından aynı ısıl şartlara istinaden yapılmış tasarımda ise bu değer %17,84'tür. Ayrıca nümerik olarak hesaplanan reküperatör tasarımının elde edilen ısıl verimliliği (etkenliği) %45,22 iken, modelin hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi kullanılarak çözümünde elde edilen verim değeri ise %49,4 olduğu görülmüştür.
Comparison of energy production between observed and predicted wind speed series with artificial neural networks
Making a prediction model on possible wind energy systems is a physical modelling including several approaches: numerical methods from global to local scales, ensemble forecast, upscaling and downscaling methods; the prediction is implemented also with statistical methods and learning machines, or benchmarking techniques and uncertainty analysis. After recognizing the structure of human brain computation, a new studying area of artificial neural networks conducted. A neural network is a structure, which is modelled according to the brain performing system on a particular task to solve and neural network can be applied using either some electronic parts or designing a model thanks to using of software. During this study, Matlab ANN codes used in order to design artificial neural networks. During the first part of the calculation performance analysis of ANN was studied, by making a comparison between observed wind speed data and predicted wind speed data by the designed network. Additionally, energy calculation was studied considering both observed wind speed data and predicted data by using WAsP (Wind Atlas Analysis and Application Program). Furthermore, the best network was used for short term future prediction of wind speed. During the project, ITU Maslak Campus wind speed and direction data are used which have been observed between the years of 2001 and 2004.