FBE- Meteoroloji Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/7107

Gözat

Sustainable Development Goal "none" ile FBE- Meteoroloji Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Deniz meteorolojisinde deniz durumu tahmin yöntemlerinin kritiği ve Karadenize uygulanması
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 1988) Şenhan, Mustafa ; Omay, Eren ; Meteoroloji Mühendisliği
  • Öge
    Hava-çevre koşullarına adaptif yüzer güneş enerji santrali tasarımı ve uygulaması
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Kaymak, Mustafa Kemal ; Şahin, Ahmet Duran ; 709972 ; Meteoroloji Mühendisliği
    Yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim bütün dünyada hızla artmaktadır. Bu artışın temelinde iklim değişikliğine sebep olan karbon üretiminin ve çevresel kirleticilerin azaltılması yatmaktadır. Son yıllarda güneş enerjisi ve özellikle yüzer güneş enerjisi (YGES) ile ilgili uygulamaların beklentinin üzerinde gerçekleştiği görülmüştür. Buna ilaveten son on yılda PV modül fiyatları %90 civarında düşmüş olup güneş enerjisi sektörü yatırımcılara daha da cazip hale gelmiştir. Her geçen yıl kişi başı tüketilen elektrik miktarı artmaktadır, artan elektrik ihtiyacı, ada ülkelerinde tam manasıyla düzenli olarak karşılanamamaktadır, ana karadan elektrik hatlarının çekilmesinin ve idamesinin zorluğu, dizel jeneratörlerin maliyetli oluşu ve sürekli bakım ihtiyacı, bahsedilen fiyatlardaki düşüş ile YGES sistemlerini tercih sebebi yapabilecek şartları ortaya çıkarmaktadır. Karasal güneş enerji sistemlerinin büyük alanlar kaplaması ve bu toprak parçalarının uzun yıllar kullanılamaması da büyük bir handikaptır. Bununla beraber küresel ısınma dolayısıyla baraj ve tatlı su kaynaklarındaki suyu korumak da artık bir zorunluluk halini almaktadır. Fakat suyu korumak için yapılan çalışmalar doğal hayata ve özellikle su ekolojisine zarar vermemelidir. Bu çalışmadaki YGES, suyun hava ile ilişkisini kesmeden, yeterli miktarda güneş ışını alacak şekilde, doğal hayata ve göl ekolojisine zarar vermeden tasarlanıp, üretilmiştir. Dünyadaki çalışmalar incelendiğinde iki çeşit YGES tasarımı öne çıkmaktadır. Biri sadece duba üzerine monte edilen güneş panellerinden teşekkül eden sistemler diğeri ise güneş panellerinin metal konstrüksiyon tarafından taşınıp dubalar vasıtasıyla su üzerinde yüzen sistemlerdir. Bu tez çalışmasında metal konstrüksiyonlu sistem tasarımı tercih edilmiştir. Üç farklı şekilde tasarlanan YGES'ler hakkında detaylıca bilgiler verilmiş olup, Büyükçekmece Gölü gibi zor hava şartlarında ve dalga yükleri altında ne gibi problemler ile karşılaşıldığı ve bu problemlerin YGES'ler üzerindeki etkileri izah edildi. Bu tez çalışmasında ortaya konan tasarımların en önemli özelliği doğaya saygılı, çevreye en az etki eden, göl yüzeyi ile güneş irtibatını koparmayan, buharlaşmayı engellemeden azaltan, suyun doğal akışını en az şekilde etkileyen tasarımlar olmasıdır. Zorlu meteorolojik şartlar altında YGES uygulamalarına dünyada neredeyse hiç rastlanılmamaktadır. Genellikle rüzgârdan ve diğer çevresel etkilerden uzak alanlar tercih edilmiştir. O yüzden yıkıcı atmosferik şartların olduğu çalışmalar literatürde bulunmamaktadır. YGES bir nevi yüzlerce tekneyi her türlü hava ve deniz şartlarında birbirine çarpmadan bir arada tutmaya çalışmak esasına dayalıdır. Dünyanın birçok bölgesinde tasarlanan ve kurulan YGES projeleri ile bu tez çalışmasında sunulan tasarım arasındaki farklar dile getirildi. Rüzgâra bağlı olarak oluşan dalgaların yükseklikleri ve sistem üzerinde meydana gelen yükleri çeşitli yöntemlerle hesaplandı. Bu hesaplamalar sonucunda çok geniş bir aralıkta dalga yüklerinin oluştuğu ve bu yüklerin dengesiz bir dağılımda sisteme etkileri irdelendi. Göl yüzeyinde rüzgar kaynaklı meydana gelen dalgaların yükseklik tahmini dört farklı yöntemle 5-50 m/s rüzgar hızları için hesaplandı. Bu hesaplamalar sonu elde edilen değerlerin bir kısmı sahadaki gözlemlerle ki 1.5-3.0 m. Yüksekliğindeki dalgalarla uyumlu olduğu tespit edildi. Yine bu hesaplanan yirmi farklı dalga yükseklik değerleri ile yedi farklı yöntem kullanılarak rüzgar kaynaklı dalgaların sistem üzerinde etki eden yükleri hesaplandı. Çok geniş bir aralıkta elde edilen bu değerler net bir karar alınmasını zorlaştırmıştır. Yine literatürde olmayan insan eliyle göl zeminine müdahale edilmesi sonucu dalganın sistem üzerindeki dengesiz yük dağılımına sebep olması ve bunun durumun YGES'te yıkıma sebep olduğu gösterildi. İlk sistemde piyasada kolayca bulunabilen duba temel alınarak tasarlanan ve kurulan sistem, YGES'ler için özel bir duba tasarlanması gerektiğini öğretmiştir. Aynı zamanda dalga ile mücadele edebilmesi için hareketli bağlantılara sahip olması zaruriyeti ortaya çıkmıştır. İkinci sistemde ise YGES'e özel duba tasarlanmış ve bu duba aracılığıyla sistemin dalga ile beraber hareket etmesi sağlanmıştır. Sahada yapılan gözlemler göstermiştir ki bu hareket tek eksende olduğu için arzu edilen başarı sağlanamamıştır. Fakat çelik konstrüksiyon ile duba bağlantısını sağlayan "`kovan"' isimli parça ile yük aktarımı konusunda oldukça büyük tecrübe kazanılmıştır. Bu çalışmada detaylı bir şekilde YGES tasarımları, üretim aşamaları ve göl üzerindeki kurulum biçimi anlatıldı. Bu bağlamda, YGES hakkında çalışmaya başlayacak araştırmacılar için çok iyi bir rehber olacak şekilde elde edilen tecrübeler, sonuçlar aktarıldı. Zamanla dalgaların etkisiyle sistemde meydana gelen hasarlar hakkında bilgiler verildi. Ortaya çıkan problemler için üretilen çözümler paylaşıldı. Sistem bağlantıları için özel tasarım yay ve kauçuk parçalar kullanıldı. Sistemin zayıf noktaları ve bu zayıflıkların çözümü ile ilgili değerlendirmeler yapıldı. İlk iki YGES sisteminin saha gözlemleri sonucu elde edilen en önemli tecrübelerden biri de zemin etüdünün hassas bir şekilde yapılıp tonoz adedinin ve çıpalama sisteminin dikkatli hesaplanması ve tasarlanması gerektiği ortaya çıkmıştır. İlk iki YGES döneminde sistemi su üzerinde tutan dubaların su ile temas eden bölümlerinde deniz kabuğu oluşumu meydana gelmiştir. Bu durum sistem tasarımında önceden tahmin edilmediği için sistemin zamanla beklenenin üzerinde ağırlaşmasına sebep olmuştur. Buna ilaveten bu projedeki duba kalınlıkları 10 mm civarı olduğu için oluşan deniz kabukları dubaya zarar vermemiştir fakat daha ince dubaların zamanla bu oluşumdan olumsuz etkileneceği kanaatine varılmıştır. YGES çalışmalarında konstrüksiyona özel duba tasarlanmasının elzem olduğu görülmüş olup, tez boyunca iki farklı duba tasarımı gerçekleştirilmiştir. Yapılan duba tasarımları birçok özelliği ile dünyada benzersizdir. Bu tezin asıl amacı zor hava şartlarına dayanabilecek, haşin dalgalar ile uyumlu hareket edebilen sürdürülebilir bir sistem tasarlamaktı. İlk iki tasarım ve kurulumdan sonra elde edilen tecrübe ile tasarlanan ve göle kurulan üçüncü ve son YGES ile tezin amacına ulaşılmıştır. Göl üzerinde 20 aylık gözlem neticesinde 3. sistem sahip olduğu esneklik ile dayanıklılığını ve sürdürülebilir olduğunu kanıtlamıştır. Dünya genelinde Büyükçekmece Gölündeki şartlara benzer başka şartlara sahip alanlara YGES kurulduğu yapılan literatür çalışmasında görülmemiştir. Genelde sakin sularda yapılan YGES projelerine karşı Büyükçekmece Gölünde kurulan bu sistem zor hava şartlarında dahi kullanılabilir olduğunu kanıtlamıştır. Böylece literatürde pek rastlanmayan zor hava şartlarında YGES'lerin davranışı ve durumu ile ilgili olan bilgi eksikliği bu tez ile bir miktar giderilmiştir. Saha çalışmaları sonucu elde edilen bilgi birikimi ve tecrübeyi aktarmak ve kullanılabilir bir yol haritası çizmek/ortaya koymak için birtakım kıstaslar sunulmuştur. Böylece araştırmacılar bu kuralları kullanarak haşin dalgaların olduğu bölgeler için sürdürülebilir YGES projelerini hayata geçirebileceklerdir. •Uygun maliyet, •Su üzerinde 3 boyutta da esnek hareket, •Dayanıklı ve esnek yapı, •Kolay kurulum, •Kolay ve uygun maliyetli nakliye, •Basitçe montaj, •Su üzerinde hızlı ve kolay bakım, YGES sistemleri göle yakın bir konumda kurulan karasal GES ile elektrik üretimi konusunda karşılaştırılmıştır. İlk 90 kWp'lik sistem KGES ile yakın üretim değerlerine sahip olsa da 30 kWp'lik son YGES sistemi düşük üretim değerlerine sahiptir. Sürekli dalgalı yüzeyin etkisiyle değişen panel açısı ve haşin dalgaların etkisiyle zarar gören elektrik bağlantıları düşük üretimin sebebi olduğu değerlendirilmiştir. 90 kWp'lik YGES ile Mayıs 2017 için üretilen toplam elektrik miktarı 1974 kWh iken KGES için 1985 kWh ölçülmüştür. Haziran 2017 için KGES 5211 kWh elektrik üretimi kaydedilmişken YGES2te bu değer 5202 kWh'tır. 30 kWh'lık inovatif sistemde ise 200 saatlik ortak üretim karşılaştırıldığında KGES 365 kWh üretim yapmışken YGES ise bu değer 309 kWh olarak ölçülmüştür. Göl üzerine kurulan üç sistem maliyetleri incelendiğinde karasal güneş enerji santrallerine oranla daha pahalıdır. Bunun en önemli sebebi bu sistemlerin AR-GE projesi olması ve seri üretim seviyesine gelmemiş olmasıdır. Fakat hiçbir toprak yüzeyini işgal etmemesi ve buharlaşmayı azaltarak içme suyunu koruması YGES'lerin tercih edilmesine sebep olacaktır. Bu tez sadece kavramsal olarak kalmayıp daha ziyade sahadan elde edilen bilgi, birikim ve tecrübe kullanılarak ortaya çıkmıştır. Bahsedilen tasarımlarda temel şartlar çevreye zarar vermeden doğa dostu bir YGES ortaya koymaktı. Bu yüzden YGES'in maksimum güneş alacağı, buharlaşmayı engellemeden azaltan bir yapıda, suyun doğal akışını en düşük oranda etkileyecek şekilde ve su yüzeyine yeteri kadar güneş ışınımı gelmesini sağlayan yenilikçi bir yüzer güneş enerji santrali ortaya çıktı-üretildi. Gelecekte dalgalı bölgelerde yapılacak YGES projeleri üzerine çalışacak araştırmacılar ve bilim adamları bu tezde sunulan bilgileri kullanarak kendi projelerini ilerletebilecek ve literatüre katkıda bulunacaklardır.