Hibrit Teknolojisi Gemilerdeki Enerji Kullanımını Nasıl Optimize Edebilir

Bir geminin teknik ömrü yaklaşık otuz yıldır. Bununla birlikte, teknolojik ilerleme nedeniyle ekonomik ömrü daha düşüktür. Mevcut gemilerde batarya tabanlı enerji depolama sistemlerinin güçlendirilmesi, işletme maliyetlerini azaltabilir. Peki ya nasıl?

Önceliğe bağlı olarak odaklanılan nokta makinenin bakım aralıklarını azaltmak, yakıt tüketimini azaltmak veya menzili artırmak olabilir. Kullanılan ekipmanda ve kontrol felsefesinde büyük değişiklikler yapılmadan mevcut kurulumlar hala geliştirilebilir. Gerçek bir gemideki ölçümler, belirli bir gemi için en uygun çözümü bulmak için kullanılabilir.

Kontrol Felsefesi, tesisteki işlem fonksiyonlarını birleştiren bir terimdir ve kontrol parametrelerini, işletim ve bakım felsefelerini belirtir.

Denizcilik sektörü rekabetçi bir pazardır. Bu nedenle sermaye harcamaları (CAPEX – Capital Expenditures) üzerinde büyük bir etki yaratmadan operasyonel harcamaların (OPEX – Operational Expenditures) mümkün olduğunca düşük olması önemlidir. Bakım ve yakıt maliyetleri operasyonel harcamaları etkiler. Bu da yakıt tasarrufu ve bakım aralıklarının azaltılmasını önemli konular haline getirir.

Bu makale için iki veya daha fazla yardımcı motor, bir pervane ve bir yükten oluşan bir kurulum ele alınmaktadır. Şekil 1’de noktalı çizgide gösterildiği gibi, bu sistem, büyük değişiklikler olmaksızın batarya tabanlı bir enerji depolama sistemi ile genişletilebilir.

Şekil 1. Bataryalarla genişletilmiş iki yardımcı motorla tipik kurulum.

Bu sistemin genişletilmesi aşağıdakileri içerir:

  • Konvertör için kontrol panosunun uzatılması,
  • Konvertör ve bataryaların montajı,
  • Alarm, izleme ve kontrol sistemine konvertör ve bataryaların eklenmesi.

Batarya tabanlı enerji depolama sistemi ile motorlara binen yük ayarlanabilir. Dönüştürücü, ana bara (ana elektrik dağıtım hattı) üzerindeki frekansı etkileyecektir. Jeneratörün frekans düşüş eğrisine bağlı olarak bu ayarlama sonucu jeneratör sabit bir yüke sahip olacaktır. Müşteri taleplerine bağlı olarak, üç tür yöntem belirlenebilir.

1. Peak Shaving (Pik Azaltılması)

Bu yöntem ile sistem, ikinci bir jeneratör devreye alınana kadar kullanılan jeneratörün eşik yük seviyesini aşmasını önleyecektir. Batarya tamamen boşalmadığı sürece kullanılan jeneratör üzerindeki yükü maksimum seviyede tutacaktır. Toplam yük azalırsa bataryayı şarj edecek ve batarya şarj olana kadar jeneratör üzerindeki yükü maksimum seviyede tutacaktır. Bu yöntem Şekil 2’de gösterilmiştir.

Bu teknik, özellikle uzun süreli güç tepe (pik) noktalarına sahip sistemler için kullanışlıdır. Faydaları aşağıdaki gibidir:

  • Dizel makinelerin kısa süreli çalışma ve durdurmalarının olmaması,
  • Daha küçük dizel makinelerin kullanılması.
Şekil 2. Peak shaving.

2. Power Smoothening

Bu yöntem ile jeneratörün yükünün ortalaması alınacak, batarya sistemi kısa piklerde deşarj olacak ve kısa düşüşlerde şarj olacaktır. Bu nedenle jeneratör üzerindeki yük daha sabit olacak ve bu da yakıt verimliliğini artırıp, jeneratörün bakım maliyetlerini azaltacaktır. Şekil 3’te power smoothening yöntemi açıklanmıştır.

Şekil 3. Power smoothening jeneratör yükünü ortalama bir değerde tutuyor.

3. Fully Electric (Tamamen Elektrikli)

Tamamen elektrikli bir yöntem seçildiğinde batarya sistemi tarafından sağlanan yük bataryaların şarj durumuna (SoC- State of Charge) bağlıdır. Bataryalar tam şarj olduğunda maksimum güç bataryalar tarafından, minimum güç ise jeneratör tarafından sağlanacaktır. Bataryalar tamamen boşaldığında bataryalar tarafından minimum güç, jeneratör tarafından maksimum güç sağlanacaktır. Bu yöntemle ilk güç bataryalar tarafından sağlanacak ve bataryalar boşaldığında jeneratör yardımcı olacaktır. Bu yöntem özellikle limanlarda kullanışlıdır.

Bataryalar, geminin limandan herhangi bir emisyon olmadan ayrılmasını sağlayabilir ve kıyı bağlantısından temiz enerji ile şarj edilebilir. Bu ilke aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Bu teknik kısa deniz taşımacılığı ve yatlar için kullanışlıdır. Avantajı, dizel motorların yolculuğun başlangıcında kullanılmamasıdır.

Şekil 4. Bataryaların kıyıdan şarj edildiği tamamen elektrikli yöntem.

Hibrit teknolojinin ek bir faydası (seçilen stratejiden bağımsız olarak) artan güvenilirlik seviyesidir. Tek bir jeneratör ile çalışırken jeneratör arızalandığında batarya sistemi kesintisiz güç kaynağı (UPS – Uninterruptible Power Supply) görevi görecektir. Bu sayede ikinci jeneratörü başlatırken elektrik kesintisi durumlarını önlenir. Örneğin, manevra yalnızca bir jeneratöre bağlı gerçekleştirilebilir.

Her Bir Yöntem İçin Jeneratör ve Konventörün Etkileşimi

Konventörün çıkış frekansı değiştikçe jeneratörün yükü değişecektir. Konventör, jeneratörle paralel çalışan bir sistem olarak düşünülebilir. Sistem, bataryaların derinlemesine şarj ve deşarj olmasını ve de aşırı yüklenmesini önler. Jeneratör ve konventörün nasıl etkileşime girdiği şimdi her bir operasyon yöntemi için tartışılacaktır.

Peak Shaving

Peak Shaving yöntemi için jeneratör ve konventör arasındaki etkileşim Şekil 5’te belirtilmektedir. Konventör, ana şebeke frekansını belirleyerek jeneratörün yükünü kontrol eder. Bataryalar tam olarak şarj veya deşarj olmadığı sürece ana şebeke frekansı jeneratörün maksimum yüküne karşılık gelen bir seviyede ayarlanır. Bu kontrol felsefesi için çeşitli senaryolar Tablo 1’de listelenmiştir.

Tablo 1. Peak shaving senaryoları.

Gerçek durum verilerine dayanarak, toplam yük bölümü ve batarya kapasite durumu Şekil 5’deki gibidir.

Şekil 5. Jeneratör peak shaving.

Generator Smoothening

Konvertör, ana şebeke frekansını belirleyerek jeneratörün yükünü kontrol eder. Bataryalar tam olarak şarj veya deşarj olmadığı sürece, ana şebeke frekansı şebekedeki ortalama yüke karşılık gelen bir seviyede ayarlanır. Bu kontrol felsefesi için çeşitli senaryolar Tablo 2’de gösterilmektedir.

Tablo 2. Generator smoothening senaryoları.

Gerçek durum verilerine dayanarak, toplam yük bölümü ve batarya kapasite durumu Şekil 6’daki gibidir.

Şekil 6. Generator smoothening için toplam yük bölümü ve batarya SoC durumu.

Fully Electric (Tamamen Elektrikli)

Konvertör, ana şebeke frekansını belirleyerek jeneratörün yükünü kontrol eder. Şebeke frekansı, bataryaların şarj durumuna karşılık gelen bir seviyede ayarlanır. Bir seferin başlangıcında (örneğin limandan ayrılırken) bataryalar kullanılacak ve sistem minimum jeneratör gücü ile çalışacaktır.

Seyir sırasında gemi, yedek jeneratör gücünü kullanarak bataryaları şarj edebilir. Yolculuk sonunda (örneğin limana girerken) bataryalar kullanılacak ve sistem minimum jeneratör gücü ile çalışacaktır. Aşağıdaki tablo, bu kontrol felsefesi için çeşitli senaryoları listeler.

Tablo 3. Tamamen elektrikli durumda senaryo.

Gerçek durum verilerine dayanarak, toplam yük bölümü ve batarya kapasite durumu Şekil 7’deki gibidir.

Şekil 7. Fully electric için toplam yük bölümü ve batarya SoC durumu.

Bataryalar İşletme Maliyetlerini Azaltacak

Hibrit teknoloji, yalnızca sınırlı donanım kullanarak ve kurulumun geri kalan kısmı üzerindeki etkileri sınırlayarak bir işletme için önemli faydalar sağlayabilir. İşin türüne bağlı olarak, bataryaların doğru boyutlandırılmasıyla peak shaving, generator smoothening veya fully electric operasyonlar için hibrit teknoloji bir geminin operasyonel harcamalarını azaltabilir. Bir geminin menzilini genişletmek, gereksiz dizel motor çalıştırmayı önlemek, yakıt tüketimini azaltmak ve hatta daha hızlı gemiler gibi hangi amaca odaklanılsa odaklanılsın, hibrit teknolojisi tüm bu hedeflere katkıda bulunma potansiyeline sahiptir.

En verimli çözüm, güç taleplerine, batarya boyutuna, jeneratör boyutlandırmasına ve kontrol felsefesine bağlıdır. Sağlanan verilere dayanarak, belirli bir duruma olası en iyi çözümü belirlemek için simülasyonlar gerçekleştirilebilir.

Bu yazıyı kaynağından çevirerek yazdım. Günümüzde hibrit teknolojilerin ticaret gemilerinde pek karşılığı olmasa da okuduğunuz makale söz konusu teknolojinin faydalarına dair önemli noktalar içeriyor.

Günümüzde düşük sülfürlü petrol ürünleri ve metanol, hidrojen gibi alternatif yakıtlar tercih edilmektedir.

Çeviri veya bilgi hatası fark ederseniz lütfen iletişime geçin.

Kaynak: SWZ Maritime

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s

WordPress.com.

Yukarı ↑

%d blogcu bunu beğendi: