117
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Archived Theses
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.
Farklı alüminyum alaşımlarının Cs-137 gama radyoızotop kaynağı karşısındaki davranışının incelenmesi ve irdelenmesi
Mühendislik içinde daima önemli yeri olan malzemelerin, doğal olarak özelliklerinin ve çeşitli şartlarda davranışlarının bilinmesi gerekmektedir. Bu bağlamda, malzeme özelliklerinin araştırılması, incelenmesi ve amaca uygun yeni malzemelerin geliştirilmesi giderek üzerinde durulması gereken konuları oluşturmaktadır. Öte yandan, nükleer reaktörlerin gelişimi ve radyasyonla sterilizasyon gibi büyük radyasyon dozu ile çalışma şartlarında da bu şartlarda kullanılan malzemelerin radyasyon karşısındaki davranışlarının bilinmesi gerekli olmaktadır. Ayrıca, uzay teknolojisi uygulamalarında da malzeme kozmik şartlarda radyasyon dozuna maruz kalabileceklerdir. Bu bağlamda, malzemelerin radyasyon karşısındaki davranışının incelenmesi öne çıkmaktadır. Bu yüksek lisans tez çalışmasında, sanayide önemli bir kullanım yeri olan işlenik olarak nitelenen alüminyum alaşımlarının gama radyasyonu karşında gama radyasyonunu tutma özelliğinin incelenmesi amaçlanmıştır. Alüminyum, Birçok endüstri dalında tercih edilerek kullanılan bir malzeme durumundadır. Hafif olması ve alaşımlandırmayla istenen özelliklerin kazandırılabilmesi nedeniyle söz konusu bu malzemenin birçok sanayi dalında kullanılması tercih edilmektedir. Alüminyum alaşımlarının öncelikle kullanıldığı sektörlerin başında havacılık ve uzay sektörü sayılmaktadır. Ayrıca alüminyum günlük yaşantımızda da sıkça kullanılan bir malzeme haline gelmiş bulunmaktadır. Bununla beraber nükleer teknoloji gibi ileri teknolojilerde de kullanılabilmektedir. Böylelikle, bu çalışmayla, sanayide rutin kullanımı olan alüminyum alaşımlarının nükleer teknoloji ve nükleer uygulamalarda kullanılmaları halindeki durumun değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Gama radyasyon kaynağı olarak Cs-137 gama radyoizotop kaynağı kullanılmıştır. Bu gama kaynağının kullanılmasının nedeni monokromatik bir gama kaynağı kullanılmış olmasıdır. Dolayısı orta enerjili olarak nitelenebilecek tek enerjili bir gama kaynağı ile değerlendirmenin daha uygun olacağı düşünülmüştür. Çalışılan alüminyum alaşımları ticari olarak kullanılmakta olan işlenik alüminyum alaşımlarından en çok kullanılan alaşımlardır. Bu bağlamda, alüminyum alaşımlarından önemli olanları ve yaygın olarak kullanılanları 3xxx, 5xxx, 6xxx ve 7xxx alaşımlarının deneylerde kullanılması tercih edilmiştir. Çalışılan ticari kullanımlı alüminyum malzemeler; 1050, 3003, 5005, 6063, 7072, 8006 alüminyum malzemelerdir. 1xxx serisi (safsızlık elemanları dışında) alaşımsız alüminyum olduğundan bu seri ile çalışılmasıyla bu söz konusu bu seri alaşımın referans alaşım olarak kullanılabileceği düşünülmüştür. Gerçeklenen deneyler, transmisyon tekniği geometrisine uygun olarak oluşturulan deney düzeneği ile gerçeklenmiştir. Saçılma etkisinin düşürülmesi için kolimatör ve zırh malzemeler deney düzeneğinde kullanılmıştır. Böylelikle, saçılma etkisinin olmadığı kabulü ile zayıflatma katsayıları tayin edilmiştir. Cs-137 gama radyoizotop kaynağı ile yapılan deneylerde, çalışılan ticari alüminyum malzemelerle ulaşılan deneysel sonuçlardan hareketle çizilen zayıflatma eğrileri nispeten birbirine benzer sonuçlar verdiği gözlenmiştir.. Cs-137 gama radyoizotop kaynağına ilişkin ulaşılan sonuçlarla çizilen radyasyon zayıflatma eğrileri; incelendiğinde 1050 katkısız alüminyum malzeme, diğerlerinden hayli farklı sonuç verdiği görülmüştür. Diğer katkılı alüminyum alaşım malzemelere ilişkin zayıflatma eğrilerinin birbirine hayli yakın olduğu görülmektedir. 1050 dışındaki ticari katkılı alüminyum malzemelerde gama radyasyonunu zayıflatma etkisinin daha iyi olduğu gözlenmiştir. Bu husus beklenti doğrultusunda olup, alüminyuma % 0,5 ve üzerindeki katkılanan magnezyum, manganez, çinko, silisyum ve demir gibi katkılama elementlerinin radyasyonu zayıflatmada etkin olduğunu göstermektedir. Çalışılan alüminyum malzemeler için deneysel olarak elde edilen sonuçların irdelenmesi de bu Yüksek Lisans Tezi kapsamında amaçlanmıştır. Bu bağlamda, uluslararası güvenilirlikle tercih edilen XCOM Bilgisayar programı kulanılmıştır. Bu bağlamda, kütle soğurma katsayıları önce, deneysel çalışmalardan hareketle hesaplanmış daha sonra XCOM Bilgisayar programı ile de teorik olarak hesaplanmıştır. Deneysel ve teorik olarak bulunan kütle soğurma katsayılarının karşılaştırmalı değerlendirmeleriyle elde edile sonuçların birbirine hayli yakın olduğu görülmüştür. Deneysel ve teorik olarak bulunan kütle soğurma katsayıları arasındaki farklılığın % 6'nın altında kaldığı tespit edilmiştir. 1050 serisi alüminyum malzeme dışında ise bu farklılık % 2,5'un altında kalmıştır. Bu bağlamda, deneylerimizle ulaşılan sonuçların güvenlir olduğu söylenebilir. Ayrıca, çalışılan alüminyum alaşımları için yarı-kalınlık ve ondabir kalınlık tayinleri de yapılmıştır. 1050 katkısız olarak kabul edilen malzeme dışındaki alüminyum alaşımları için birbirine hayli yakın yarı-kalınlık ve ondabir kalınlık değerleri elde edilmiştir. Ancak, 1050 malzemesi için yarı-kalınlık ve ondabir kalınlık değerleri diğer alüminyum alaşımlarından hayli yüksek olduğu tespit edilmiştir. Bu sonuç önceki sonuçlarla uyumlu olup beklenti doğrultusunda bulunmuştur. Yapılan çalışmalarla alüminyuma katkılanan yüksek atom numaralı elementlerin katkılanması gama radyasyonu zayıflatması önem arz etmektedir. Bu husus, girirci elektromanyetik radyasyonunun madde ile etkileşim olayları ilişkili olup yüksek atom numaralı elementlerin gama zırhlaması için öneminden kaynaklanmaktadır. Öz olarak; bu yüksek lisans çalışmasıyla, ticari kullanımlı alüminyum malzmelerin nükleer teknolojide kullanılması halinde 0,662 MeV enerjili gama radyasyonu karşısındaki davranışları yapılan deneylerle gözlenmiş ve XCOM Bilgisayar programı ile sınanmış ve uyumlu sonuçlara ulaşılabildiği görülmüştür.
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.