Tez Arşivi

Hakkımızda

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Deniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Anabilim Dalı

Hidrojen karışımlı yakıtların gemilere uygulanabilirliğinin ve emisyon salınımlarına etkilerinin incelenmesi

Investigating hydrogen blend fuels applicability on ships and effects on emissions

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 363514 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

Günümüz koşullarında ülkelerin en önemli problemleri enerji ihtiyacı ve çevre kirliliğidir Ülkelerin, enerji ihtiyaçlarını karşılarken yenilenebilir enerjilerden çok, maliyeti daha ucuz ve uygulanabilirliği daha kolay, fosil yakıtlara yönelmesi, çevre kirliliğine yol açmakta ve küresel ısınmanın hızlanmasına neden olmaktadır Küresel ısınmanın hızlanmasının ve buna bağlı iklim değişikliklerinin en önemli nedeni sera gazlarının oluşturduğu hava kirliliğidir Hava kirliliği insan sağlığını tehdit etmekte, insan yaşam kalitesini düşürmekte, diğer taraftan bitki ve hayvan yaşamlarını da tehdit etmektedir Ülkeler bu kötü gidişatı kontrol altına almak ve doğaya salınan emisyon oranlarını azaltmak için Birleşmiş Milletler olarak Kyoto Protokolünü imzalamış ve ilk adımı atmışlardır Birleşmiş Millet altında çalışan Uluslararası Denizcilik Örgütü de denizcilik sektöründe, gemilerden kaynaklı çevre kirliliğini engellemek için Gemilerden Kaynaklanan Kirliliğin Önlenmesi Uluslararası Sözleşmesi çerçevesi altında, Ek VI bölümünde hava kirliliği ile ilgili çalışmalar yapmış, SOX, NOX ve CO2 gazları için kurallar oluşturmuş ve sınırlamalar getirmiştir SOX emisyonları için Emisyon Kontrol Bölgeleri oluşturulmuş, bu bölgelere giriş yapacak olan gemiler düşük sülfürlü yakıt kullanmak mecburiyetinde olacaklardır NOX emisyonları için, sözleşmeye uygun emisyon oranlarına uygun makinelerin üretilmesi ve gemilerde kullanılması zorunlu koşulmuştur CO2 emisyonları için 1 Ocak 2013'te yürürlüğe giren EEDI ile emisyonlar gemi henüz yapım aşamasında iken kontrol altına alınmaya başlanmış, SEEMP ile gemi operasyonları denetlenerek emisyonların azaltılması sağlanmıştır IMO'nun belirlediği SOX, NOX ve CO2 emisyon limitlerine, gemi emisyonlarının indirgenebilmesi için çeşitli sistemler ve yöntemler geliştirilmiş ve uygulanmaya başlanmıştır Bu sistemler, Egzoz Gazı Resirkülasyonu, Seçici Katalitik Azaltma, SOX Filtreleme Sistemi, silindir içine su püskürtme yöntemi, atık ısı kazanımı, skavenç havası nemlendirme, Miller çevrimi ve LNG çift yakıt sistemidir Uygulanan bu sistemlerin, SOX, NOX ve CO2 gazlarına çeşitli etkileri olsa da, hem bütün emisyonlara etkisi olmayıp, hem de makineye yük yükleyerek, yakıt tüketimini arttırmaktadırlar Ayrıca bu sistemlerin maliyetlerinin yüksek olması ve boyutları ve sistem ekipman fazlalıkları nedeni ile her gemiye uygun olmayışı da dezavantajlarıdır Bütün emisyonları azaltabilecek ve yakıt tüketimini arttırmayarak tam tersine azaltacak ekipmanın olmayışı, tez çalışmasında yenilenebilir bir enerji taşıyıcısı olan hidrojen üzerine çalışmamı ve kara tesislerinde ve araçlarında uygulamaları olan hidrojen gazını üretecek alkalin elektroliz sisteminin bir gemi üzerinde uygulanmasının, geminin yakıt tüketimine ve emisyon oranlarına etkilerinin araştırılması ve maliyet analizi yapılarak toplam maliyetlerin belirlenmesi üzerine yoğunlaştırmıştır Bu çalışmada, öncelik ile hidrojen elde etme yöntemleri incelenmiş, gemi üzerinde uygulanabilmesi mümkün olan yöntem olarak alkalin elektrolizi metodu belirlenmiştir Ayrıca hidrojeni depolama yöntemleri de incelenerek, gemi üzerinde hidrojen depolamanın zorlukları ve ek kural gereklilikleri oluşacağı belirlenerek, gemi üzerinde alkalin elektroliz metodunun uygulanması ile hidrojen depolama sıkıntısının oluşmayacağı incelenmiştir Alkalin elektroliz sisteminin uygulanabilme şartlarını ve sistem esaslarını incelemek üzere M/V Petra F isimli, 2 130 dwt'lik, günlük MDO yakıt tüketimi 2,5 mt olan 908/268 devirde 595 kw güç üreten Wartsila Vasa Diesel 6R22MD ana makineye sahip gemi seçilmiştir MDO yakıtı kullanan bir geminin seçilme nedeni, günümüze kadar yapılan çalışmaların dizel yakıt ile çalışan motorlar üzerinde yapılmış olması, denizcilik sektörü ile ilgili bir çalışma olmadığından, HFO yakıtı kullanan motorlar üzerinde çalışma yapılmamış olmasıdır Seçilen gemiye uygun alkalin elektroliz sistemi kapasitesi, ana makine toplam silindir hacmine göre belirlenmiş ve piyasada bulunan sistemlerden 2 adet 6 lt/dk H2 gazı üreten sistemin uygun olacağı belirlenmiştir Sistemin, makine dairesindeki yerleşimi planlanmış, sistem şeması çizilmiş ve ana makineye bağlantısı belirlenmiştir Sistem ana makineye, türbin emme tarafından nozul ile bağlanacak ve H2 gazı buradan emme manifolduna geçtikten sonra ana makinenin silindirlerine verilecektir Verilen H2 gazının enerji eşleniği kadar dizel yakıt, governör vasıtası ile azaltılacak ve tüketilen dizel yakıtta azalma olacaktır Buna bağlı olarak hem eklenen H2 gazının daha iyi ve homojen yanma özelliklerinden dolayı hem de azalan dizel yakıttan dolayı emisyon oranlarında azalma meydana gelecektir ...

Özetin tamamını okumak için tez.yok.gov.tr adresine gidin.

Summary:

In todays' conditions, countries' main problem are energy need and environmental pollution Countries prefer fossil fuels which are cheaper and easy to apply to the systems, to renewable energies This choice causes environmental pollution and expedites global warming The main cause of expedition of global warming and related to global warming, climate changes, is air pollution occurs from green house gases Air pollution threatens humans life, decreases human health quality, on the other hand also threatens plants and animals life Countries beginned to their first step and signed The Kyoto Protocol to take under control the poor conduct, and decrease emission ratios which were released to the atmosphere Kyoto Protocol was entered into force at 2005 with the joining of Russia after 8 years from the first talks Kyoto Protocol aims to decrease CO2, NOX, CH4, O3 CFCs and water vapor emissions which are the cause of green house effect International Maritime Organisation which works under United Nations, has worked related to air pollution in the frame of The International Convention for The Prevention of Pollution from Ships and released rules and determined limits about SOX, NOX and CO2 gases to decrease emissions from ships On 19 May 2005, Annex VI, Prevention of Air Pollution from Ships was entered into force Annex VI includes such as regulations, applications, emission limits, survey and inspection procedures for the ships from building of the ship to the operation of the ship Annex VI, regulation 13 is about nitrogen oxides NOX limits are tier I, tier II and tier III Tier I was entered into force at 2000 It is 17,0 g/kwh for n < 130, 45 n-0,2 g/kwh for 130 ≤ n ≤ 2000 and 9,8 g/kwh for n ≥ 2000 Tier II was entered into force at 2011 It is 14,4 g/kwh for n < 130, 44 n-0,23 g/kwh for 130 ≤ n ≤ 2000, and 7,7 g/kwh for n ≥ 2000 Tier III will be entered into force at 2016 It will 3,4 g/kwh for n < 130, 9 n-0,2 g/kwh for 130 ≤ n ≤ 2000, and 1,96 g/kwh for n ≥ 2000 Regulation 14 is about sulphur oxides Sulphur limit at fuels had been % 4,5 until 1 January 2012 After that date, it has been % 3,5 It will be % 0,5 after 1 January 2020 At Emission Control Areas, sulphur content at fuels were % 1,5 until 1 January 2010 Between 1 January 2010 to 1 January 2015, it is % 1, and after 1 January 2015 it will be % 0,1 Recent study about CO2 emissions is Energy Efficiency for Ships which was entered into force on 1 January 2013 With this regulation, Energy Efficiency Design Index, and Ship Energy Efficiency Management Plan terms were produces It is mandatory to conform EEDI of new building ship to the required EEDI value Also all existing ships have to have SEEMP onboard to control ship board operations Varied systems and methods have been improved and started to apply to decrease ship emissions to designated SOX, NOX and CO2 limits by IMO These systems are Exhaust Gas Recirculation, Selective Catalytic Reduction, SOX Scrubber, spraying water in to the cylinder, waste heat recovery, scavenge air humidification, Miller cycle and LNG dual fuel In the study, mentioned systems and methods were compared, and effects on emissions and fuel consumption were noted Applied these systems have variable effects on SOX, NOX and CO2 gases, but they do not have effects on all the emissions, in addition to this, these systems add additional loads to the main engine and increases fuel consumption Also these systems have disadvantages of high costs, large dimensions and needs additional equipments that can not be suitable for all the vessels There are not any equipment that can decrease all the dirty emissions and can not increase the fuel consumption, contrary decreases it For that reason it is prefered to focus on renewable energy carrier, hydrogen, and production method of hydrogen, alkaline electrolysis system which has applications at land based facilities and vehicles, but has not have at maritime sector at my thesis Affects of alkaline electrolysis system at ships, to the fuel consumption and emission ratios will be investigated and cost analysis will be done Alkaline electrolysis system produces hydrogen gas from distilled water with catalyst Mostly potassium hydroxide is used as catalyst at alkaline electrolysis Alkaline electrolysis' product, hydrogen, is renewable fuel, and does not have carbon and hydrocarbon products like fossil fuels With the burning of hydrogen, main burning product is water, due to lack of carbon element, CO2, CO, HC, SOX and organic asids are not formed, exclude NOX Hydrogen has high ignition ratio, high flame velocity, minimum burning energy, high difusability, and lack of carbon element in its' structure These specifications of hydrogen are able to increase combustion efficiency of fossil fuel when hydrogen is added as an additional fuel, and also with the addition of hydrogen, main engine governor will decrease fossil fuel amount which will delivered to the cylinders It is resulted with lower emission levels To prove hydrogen's effect on fuel consumption, experiment was done on 2012 Nissan Qashqai 1 5 diesel SUV An alkaline electrolysis system was mounted on to the engine Working procedure and parts of the system was explained Driving tests were done when the system was working and also system was not working Fuel consumption values were compared, and it was proved that hydrogen has positive impact on fuel consumption At this study, firstly, hydrogen production methods were reviewed Alkaline electrolysis method was determined to be suitable for onboard use at vessels In addition to this, hydrogen storage methods were reviewed, and it seemed to be hard to store hydrogen onboard and also there will be additional regulations to be applied With alkaline eletrolysis method, there are not any storage difficulty, because hydrogen is delivered directly to the engine To investigate applicability terms and system essentials of alkaline electrolysis method on the vessel, M/V Petra F with 2 130 dwt is choisen, which has Wartsila Vasa Diesel 6R22MD main engine with 2,5 mt MDO consumption, 908/268 rpm and 595 kw power The purpose to choice vessel working with MDO is studies until today have been done with engines work with diesel There are not any study have been done with engines work with HFO, because there have not any study at maritime sector Alkaline electrolysis system capacity which is suitable to the choisen vessel, was determined according to main engine total cylinder displacement Two pieces of alkaline electrolysis system with capacity of 6 lt/min H2 gas production is determined to be suitable for the vessel's main engine System's placement at engine room plan, system scheme and system connection to the main engine was shown Alkaline electrolysis cells were placed close to the main engine with electronic control unit which controls hydrogen amount which is delivered to the cylinders Distilled water tank with 1 m3 capacity was placed suitable free area at the engine room, and connection lines were shown on the engine room plan System applied to the main engine from suction side of the turbocharger with nozzle attachments, and H2 gas passes to the scavenge air receiver and then to the cylinders Diesel fuel amount equals to H2 gas energy is decreased by main engine governor and with that there is reduction at fuel oil consumption Depends on that, because of better burning characteristics of hydrogen and reduction of fossil fuel consumption, there is emission reduction as a result To determine the fuel saving limits, previous studies were checked and four studies were selected Also my study was added, and a table was formed with four previous studies Value of 2,79 % was not selected, because it is way below from other values, and if it was selected, this study would not be meaningful ...

For full summary, please go to tez.yok.gov.tr.