LEE- Enerji Bilim ve Teknoloji-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 12
-
ÖgeMulti-objective optimization of generation expansion planning considering the diffusion of renewable energy(Graduate School, 2024-12-30)In today's world, energy planning plays a critical role in ensuring sustainable and efficient use of energy. The planning process is essential for maximizing the effective use of limited national resources and reducing the dependence on energy imports. It contributes to the energy security and economic stability. It is also a key factor in reducing the environmental impacts and mitigating the climate change, which has led to a notable increase in renewable energy investments over the past few years. However, as investments in renewable energy increase, the additional electricity costs are inevitably passed on to end users due to the feed-in tariffs required to support these investments. This doctoral study aims to create a roadmap for Turkey for the year 2030 by representing and simultaneously optimizing investors, central decision-makers, as and end user views in objective functions. This approach not only addresses the need for a robust energy infrastructure capable of managing the variability inherent in renewable energy production and demand fluctuations but also emphasizes the necessity of strategic investments in renewable technologies to achieve both stability and feasibility in our energy systems. This doctoral study begins by exploring financial scenario based renewable energy investment trends in Turkey for the year 2030. To address this, an optimization model was developed that minimizes the initial investment cost and the levelized cost of energy plan, while examining the annual distribution of investments. The analysis included a baseline scenario tracking investment trends from past years, an optimistic scenario with annual expenditure values 20% higher than the baseline, and a pessimistic scenario with values 20% lower. According to the results, by 2023, all scenarios indicate that the installed capacity targets for solar photovoltaic renewable energy plants will be met. For wind energy, targets will only be achieved in the optimistic scenario, while for biomass and hydroelectric power plants, targets will not be met under any scenario. Furthermore, it has been observed that in all scenarios, at least 30% of the electricity generated was from renewable sources, achieving this particular target as well. With this study, a new method has been developed to select a solution adapted from multi-criteria decision-making (MCDM) techniques upon obtaining a nondominated set of solutions which allows for the evaluation and scoring of solutions under several criteria grouped into technological, economic, environmental, and socio-political categories. Within the set of optimal solutions, the solution with the highest score is recommended to decision makers as the preferred outcome. Furthermore, the model predicts the optimal timing for future investments in offshore wind farms in Turkey, which are currently not under operation. While offering a solution from a non-dominated set of solutions using multi-criteria decision-making techniques, popular distance-based methods such as VIKOR, TOPSIS, and CODAS were applied in the study. During the application of these methods, a weakness was identified in the distance-based MCDM techniques. These methods assume that the similarity of an intuitionistic fuzzy set to the reference point increases as its distance from it decreases. However, the validity of this assumption was found to be debatable, prompting an innovative shift in the doctoral study towards developing a Hypervolume-based approach as an alternative to the traditional distance-based (geometric) MCDM methods. This method was demonstrated to be effective both as a metric for ranking intuitionistic fuzzy sets and as a robust MCDM technique, laying the groundwork for a novel approach in this domain of multi-criteria assessment of energy resources research. Subsequently, it was recognized that the issues identified with the distance-based MCDM techniques were not limited to intuitionistic fuzzy sets alone; similar challenges arise with other sets when ranking according to the distance from a negative or positive ideal solution. Instead of questioning the robustness and reliability of the methods, we prefer to interpret that different rankings can be obtained depending on whether we view the problem from a positive or negative perspective. Indeed, isn't this akin to how we often make choices or address problems in everyday life, by considering situations from various positive or negative angles which affects our decisions? Next, the research further delves into the energy market by introducing a day-ahead market model that incorporates hourly dispatch to adeptly handle the uncertainties in renewable energy production and energy demand. The initial deterministic model, accounting for hourly dispatch, integrates the perspectives of investors, end-users, and central decision-makers, with objective functions focused on investment payback period, average electricity generation cost, and total investment costs. In addressing the deterministic problem, renewable energy production and demand projections for 2030 are modeled using generative adversarial network structures, with each season distinctly represented by representative weeks. The decision variables have been selected as the investment amounts for renewable energy sources and the appropriate feed-in tariff values. The capacities of conventional resources are calculated within the day-ahead market model and are not treated as decision variables. When the calculated capacity for conventional resources surpasses the existing capacity, it is evaluated as new investment; conversely, if it is less, no new investment is deemed necessary. As a result of these methodological decisions, the complexity of the problem and, consequently, the solution time have been significantly reduced. Furthermore, a scenario-based robust optimization model is created by using the scenarios generated by generative adversarial neural networks. This model employs a robust approach to optimization, seeking to make decisions that perform well under the most adverse conditions anticipated within the defined scenarios, to calculate objective functions including the minimization of the payback period of investments, average electricity generation cost, and total investment costs. A notable distinction between the deterministic and robust results was that decisions on wind energy investments in the robust model were more conservative compared to the deterministic outcomes, while investments in solar photovoltaic facilities increased relative to the deterministic model. If installation costs for solar PV panels reach to the price levels in the Energy Information Administration's new policies scenarios by 2030, considering that the remaining power plants are already near their economically feasible limits, it appears that solar PV will be the predominantly installed power plant compared to wind. As variability in wind energy production increases with additional scenarios, the ability of thermal sources to adapt to the remaining demand becomes more challenging, which in turn impacts the unit electricity price for end-users. Consequently, in the robust model, new investments in wind energy are less favored due to this increased variability. This underscores the variability and risk management inherent in robust approaches, highlighting their potential to adapt to uncertainties in renewable energy frameworks.
-
ÖgeSimulation and life cycle assessment of combined bioheat and biopower plant using hungary oak (Quercus frainetto L.) coppices as a feedstoc(Graduate School, 2024-02-16)Almost zero-emission woody biomass resources are vital for the decarbonization of energy while effectively using them as a product of sustainable forest management in energy production, especially in facilities such as for instance cogeneration plants. In cogeneration facilities, which aim to obtain thermal and mechanical energy simultaneously during the energy production process while producing electrical energy using woody biomass, heat energy is also produced by using some of the heat that emerges as a result of the process. This integrated energy production approach aims to minimize environmental impacts by increasing resource efficiency, thus providing a sustainable energy production model. Cogeneration facilities that use biomass as raw material are collectively called bioheat and biopower facilities. In Turkey's energy sector, the use of woody biomass, especially resources such as oak coppices, which have a significant share in forest assets, is essential in terms of Turkey's 2053 Net Zero Emission Target and sustainable energy production. In this context, the use of woody biomass in Turkey's energy policies will contribute to energy security by increasing diversity among renewables. Obtaining energy from woody biomass promotes sustainable management of biomass resources and enables the formation of a strategy to protect forest ecosystems. Turkey's focus on woody biomass resources such as oak coppices both supports local energy production and demonstrates the ability to lower carbon footprint of energy production processes from biomass. Sustainable management of forest and biomass production's energy intensity make life cycle assessment (LCA) environmentally necessary. LCA in energy production represents a holistic analytical approach that covers all stages of an energy source, namely feedstock extraction, energy production, energy use and waste management processes. Thus, it contributes to minimizing environmental impacts and developing a sustainable energy production model. This methodology provides a perspective on sustainability by assessing environmental, economic and social effects of an energy source from start to finish. First, during the extraction or production of the energy source, factors for instance the use of natural resources and harvesting of biomass are taken into account. Environmental impacts that occur at this stage include elements such as soil erosion, water pollution or biodiversity loss. During the production phase, the processes of processing, refining or transforming the energy source are evaluated. In these processes, factors such as use of energy, greenhouse gas emissions (GHGs) and waste production are examined. Environmental impacts during the production phase generally differ based on the kind of energy source and the technology used. In the usage phase, the consuming of energy resources and the operation of the facilities where energy production takes place are evaluated. Environmental aspects including the energy source's carbon emissions and its impact on the quality of the air and water are included at this stage. In addition, the economic impacts of the energy source, energy costs and employment creation potential are also evaluated. In the waste stage, the processes where the energy production process ends and waste products are managed are examined. It includes environmental and economic factors such as disposal processes, recycling possibilities, waste storage or disposal methods. In this thesis study, the simulation and LCA of a combined heat and power (CHP) plant burning woody biomass was carried out. The study is essential in terms of energy sustainability and covers the three basic dimensions of energy sustainability: energy security, energy equality and energy systems' sustainability in terms of the environment. Turkey's energy outlook, energy production from wood, woody biomass supply chain (BSC), modeling of combined bioheat and biopower (CBHBP) power plants burning woody biomass and analysis of life cycle scenarios of generation of energy from biomass constitute the subheadings of the literature research of the thesis study. As part of the theoretical analysis of this thesis, process simulations were created for four different case studies using Aspen Plus V12.1 software, and together, SimaPro V9.5 software was used in the LCA of nine various scenarios to examine the effects on the environment of the related bioheat and biopower plant process parameters. To characterize the production of bioheat and biopower together, process simulations of cases with 1, 2, 5 and 10-megawatt electricity (MWe) installed power using the technique for producing steam using direct combustion technology and the classical Rankine cycle were created using an eco-design methodology by Aspen Plus V12.1 software. Oak coppice forests, which have a significant share in Turkey's Forest Assets, were chosen as the raw material source of the relevant cases. A raw material sample of Hungarian Oak (Quercus Frainetto L.) was taken from the Oak Coppice forests in Kırklareli, Vize district of the Marmara Region, turned into oak chips and characterized. Bioheat and biopower process simulation outputs were used together in the LCA study. The purpose and the study's scope were determined, inventory analysis was made, and then the life cycle inventory (LCI) with the created scenarios was prepared using SimaPro V9.5 software. The life cycle system boundary that is subject to the thesis begins with the oak coppices harvesting in the forest and ends with the transmission of electricity and heat to the grid. Nine different scenarios were created according to production capacity, supply chain management and waste management system criteria to evaluate how different alternatives for the system would affect the environment and to help with decision-making. In the study, 1 kilowatt-hour (kWh) of biopower and 1 kWh of bioheat were taken for comparisons of functional unit production capacities, carbon footprint and water footprint. For supply chain management comparisons, functional unit was taken as 1 ton of oak chip and 1 kg of oak ash and in the waste management system comparison. To determine environmental impact "ReCiPe 2016 Endpoint (H)/World 2010 (H)" impact assessment method was chosen as the midpoint method, and "ReCiPe 2016 Endpoint (H)/World 2010 (H/A)" impact assessment method was selected as the endpoint method. "IPCC GWP100" method was chosen as the method for carbon footprint calculation and "AWARE" technique was chosen for water footprint calculation. Life cycle comparisons of the scenarios include carbon and water footprint results of all scenarios with midpoint characterization, midpoint normalization, damage assessment, damage assessment by impact category, weighting, single score, and single score results by impact category. The selection of the best scenarios was made by looking at production capacity, carbon footprint, water footprint results, supply chain benchmarking results and waste management results.
-
ÖgeKüçük modüler ergimiş tuz reaktörü acil tahliye sisteminin hesaplamalı akış dinamiği ve deneysel analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-02-08)Acil tahliye sistemi (ATS), tahliye borusu, katı tıpa, tıpa soğutma sistemi ve tahliye tankından oluşan ergimiş tuz reaktörlerinde (ETR) kullanılan pasif güvenlik sistemlerinden biridir. Bu sistemin en önemli elemanlarından olan katı tıpa, normal çalışma koşullarında bir soğutucu sistemi yardımıyla katı formda tutulan bir tuzdur ve reaktör ile tahliye tankı arasında bariyer görevi görmektedir. Katı tıpanın görevi kaza anında pasif olarak eriyip açılarak reaktördeki yakıt tuzunun tahliyesini başlatmaktır. Katı tıpanın, normal çalışma şartlarında katı kalarak tıpa görevini görmesi ve reaktördeki yakıt tuzunun istenmeyen tahliyesini engellemesi de gerekmektedir. Bir ETR tipi nükleer güç santralinde güç kesintisi kazası nedeniyle soğutmanın devamlılığının sağlanamadığı durumda, bozunum ısısı kaynaklı olarak reaktör içinde sıcaklık artacaktır. ATS çalışma senaryosuna göre reaktör içinde yükselen sıcaklık ile katı tıpa eriyecek ve yakıt tuzunun tahliyesi başlayacaktır. Reaktörü ve tahliye tankını birbirinden ayıran tıpa eriyince, yakıt tuzu tahliye borusundan tahliye tankına yerçekimi etkisi ile akacak ve bozunum ısısı tahliye tankından pasif ısı uzaklaştırıcı sistemler aracılığıyla çekilecektir. Bu senaryoda dikkat edilmesi gereken nokta, acil tahliye sisteminin reaktörü tahliye etme süresinin nükleer güvenlik prensipleri çerçevesinde hesaplanmasıdır. Bu bağlamda, reaktör içi sıcaklık reaktör malzemesi dayanım sıcaklığına erişmeden hem tıpanın erimesi hem de tahliyenin tamamlanması gerekmektedir. Bu tez kapsamında, 100 MW termal güçteki küçük modüler ergimiş tuz reaktöründe (KMETR) katı tıpanın erime ve katılaşma süreleri hesaplanmış, tıpanın eriyerek açılması sonrasında tahliye süresi belirlenmiş ve sonuç olarak tıpanın pasif güvenlik sistemi olarak kabul edilip edilemeyeceği değerlendirilmiştir. Hesaplamalar deneysel olarak doğrulanmış hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak ANSYS Fluent kodu ile yapılmıştır. İlk aşama olarak, kaza sonrası reaktör içi sıcaklığın malzeme dayanım sıcaklığına ulaşma süresi hem literatürdeki çalışmalar hem de bu araştırma kapsamında yapılan hesaplamalar dikkate alınarak hesaplanmıştır. Analizler reaktörün 900 saniye içerisinde tahliye edilmesi gerektiğini göstermiştir. İkinci aşama olarak, HAD sonuçlarının güvenilirliğini belirlemek için nümerik kodun doğrulaması yapılmıştır. Bu kapsamda Çek Teknik Üniversitesi'nin Nükleer Enerji Laboratuvarında kurulan deney setinde HITEC tuzu kullanılarak, erime süresi deneysel olarak hesaplanmıştır. Deneysel çalışmanın birebir modeli ANSYS Fluent kodunda oluşturularak, farklı geçiş bölgesi parametreleri için erime süreleri hesaplanmış ve elde edilen sonuçlar deney sonuçları ile kıyaslanmıştır. Geçiş bölgesi parametresi olarak 105 değeri kullanıldığında hesaplamaların hem daha düşük hata oranı ile sonuç verdiği hem de kodun daha stabil çalışarak kolay yakınsadığı belirlenmiştir. Bu nedenle, bu araştırma kapsamındaki diğer nümerik hesaplamalar belirlenen bu geçiş bölgesi parametresi değeri ile yapılmıştır. Üçüncü aşama olarak KMETR geometrisine uygun model ve malzemeler kullanılarak katılaşma ve erime simülasyonları farklı reaktör işletme koşulları için gerçekleştirilmiştir. Deneylerde kullanılan HITEC tuzu yerine FLiBe tuzu ve AISI 4145 alaşım çelik yerine Hastelloy-N alaşımı kullanılmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda, katı tıpa tuzunun katılaşarak katı tıpa formu almasının 2700 saniye sürdüğü ve kazaya cevap olarak katı tıpanın erimesinin 400 saniyede tamamlandığı belirlenmiştir. Erime, duvar tarafından başlamış ve tıpanın duvar ile teması kalmayana kadar devam etmiştir. Duvar teması kalmayan tıpa, yer çekimine bağlı olarak düşerek açılmıştır. Son aşamada, reaktör içerisindeki yakıt tuzunun tamamının reaktörden tahliye tankına tahliye süresi hesaplanmıştır. 3 farklı yöntem kullanılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Oluşturulan diferansiyel denklem öncelikle analitik olarak sonrasında ise Taylor serisi ve Heun nümerik yöntemleri ile çözülmüştür. Son olarak, ANSYS Fluent kodu ile simülasyon yapılarak tahliye süresi bulunmuştur. Analitik çözüm referans alındığında, simülasyonun %3 fark ile tahliye süresini hesapladığı görülmüştür. Analitik yöntem dikkate alındığında tahliyenin 166 saniyede tamamlandığı görülmüştür. Çalışmada elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, katı tıpa erime süresi 400 s ve tahliyenin tamamlanma süresi 166 s dikkate alındığında tahliyenin 566 saniyede tamamlandığı ve bu sürenin limit zaman olarak belirlenen 900 saniyenin altında kaldığı görülmüştür. Sonuç olarak, acil tahliye sisteminin çalışma gerekliliklerini taşıdığı ve sistemin pasif olarak çalışabildiği sonucuna varılmıştır. Ayrıca, ETR'lerde güvenlik analizi için HAD uygulaması, tamamlayıcı yaklaşımların kullanıldığı doğrulama çalışmaları ile kanıtlanmıştır. Deneysel çalışmalar ve analitik çözümler, HAD modelleri tarafından üretilen sonuçların karşılaştırılması ve doğrulanması için ölçüt olarak hizmet etmiştir. Bu başarılı doğrulamalar, HAD metodolojisinin ETR'lerde güvenlik değerlendirmeleri için güvenilir bir şekilde kullanılabileceğine dair kanıtlar oluşturmakta ve literatüre önemli katkı sunmaktadır.
-
ÖgeLityum iyon piller için üç boyutlu grafen/karbon nanotüp/silisyum nanokompozit anotların geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-09-09)21. yüzyılda enerji üretimi, enerji depolama ve küresel ısınma dünya genelindeki tüm ülkeler için en önemli ve sorun teşkil eden konular arasında yer almaktadır. Küresel nüfus artışı, ekonomik büyümenin hızlanması, artan enerji talebi ve iklim değişikliği gibi faktörler, çevrenin korunmasını sağlamak amacıyla yenilenebilir enerji kaynaklarıyla desteklenen bir gelecek planlanmayı zorunlu kılmaktadır. Enerji taleplerini karşılamak için fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltarak yenilenebilir enerjilerin (güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, gelgit enerjisi, biyomalzemeler vb.) uygun maliyetli, çevreye duyarlı verimli cihazlarda üretilmesi ve depolanması gerekmektedir. Ulaşım, elektronik cihazlar, enerji ve sanayi gibi çeşitli sektörlerde kesintisiz güç sağlamak amacıyla enerjiyi depolayıp ihtiyaç duyulduğunda kullanabilen yenilikçi enerji depolama sistemlerine duyulan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Bu bağlamda, enerji depolama son derece kritik bir öneme sahiptir ve elektrokimyasal enerji depolama cihazları bu alanda temel araçlar arasında yer almaktadır. Süperkapasitörler, şarj edilebilir piller gibi çözümler, mevcut enerji taleplerini karşılamak için etkili ve sürdürülebilir seçenekler sunmaktadır. Özellikle lityum iyon piller, şarj edilebilir piller arasında yüksek enerji yoğunluğu, uzun çevrim ömrü, taşınabilirlik ve güvenlik avantajlarıyla öne çıkmaktadır. Lityum iyon pillerin performanslarının artırılması, enerji depolama ve üretimdeki zorlukların üstesinden gelmede büyük önem arz eder. Gelişmiş performanslı elektronik cihazların (akıllı telefonlar, tabletler, akıllı saatler ve dizüstü bilgisayarlar vb.) ile elektrikli/hibrit araçların sürekli enerji talebini karşılamak için yüksek spesifik elektrot enerjisine (birim kütle başına enerji) ve üstün enerji yoğunluğuna (birim hacim başına enerji) sahip etkili malzemelerin geliştirilmesi gerekmektedir. Son dönemde lityum iyon pil teknolojisindeki gelişmeler, bu tür elektronik ürünlerin taşınabilirliğini artırmakta ve ayrıca lityum iyon pilleri elektrikli araçların başlıca güç kaynağı haline getirmektedir. Elektrikli/hibrit araçların artan kullanımıyla birlikte, lityum iyon pillerde yüksek kapasiteli elektrot aktif malzemelerin geliştirilmesi, daha yüksek enerji yoğunluklarına ulaşarak uzun sürüş menzillerini daha az şarjla karşılayabilme hedefi için kritik öneme sahiptir. Lityum iyon piller, katot (pozitif elektrot), anot (negatif elektrot), elektrolit ve seperatörden oluşmaktadır. Şarj ve deşarj sırasında lityumun interkalasyonu ve deinterkalasyonunun tersinir reaksiyonu, lityum iyon pil hücresinin anot kısmında gerçekleşmektedir. Bu nedenle anot malzemeleri, lityum iyon pillerin enerji depolama sürecinde kritik bir role sahiptir. Grafit, ticari lityum iyon pillerde yaygın olarak kullanılan bir anot malzemesidir. Lityum interkalasyonu için düşük bir potansiyele sahip olan grafit, aynı zamanda iyi bir çevrim kararlılığı da gösterir. Ancak, grafitin teorik kapasitesi (372 mAh g−1) düşük olduğundan, yüksek enerji talebi ve yüksek akım yoğunluğu gerektiren uygulamalar için ideal bir seçenek değildir. Lityum iyon pillerin performansını artırmak için yüksek enerji depolama kapasitesine sahip yeni malzemelerin araştırılması gerekmektedir. Geleceğin aktif malzemeleri, yüksek kapasite göstermelerinin yanı sıra uygun maliyetli, doğada bol miktarda bulunan, çevre dostu ve güvenli işletilebilir olmalıdır. Bu özellikler, lityum iyon pillerin geniş uygulama alanlarına yayılmasını ve enerji depolama sistemlerinin daha sürdürülebilir hale gelmesini sağlayacaktır. Silisyum (Si)/silisyum esaslı oksit bileşikleri (SiO, SiO2, SiOx ve SiOC), yüksek teorik kapasiteleri, doğada bol bulunmaları, düşük maliyetleri, çevre dostu ve kolay sentezlenebilirlikleri nedeniyle yüksek enerjili lityum piller için en yüksek kullanım potansiyeline sahip malzemeler arasında yer almaktadır. Si, en yüksek teorik kapasiteye (4200 mAh g−1, Li22Si5) sahip olduğundan ticari anotlara alternatif bir malzeme olarak öne çıkmaktadır. Ancak, (de)lithasyon süreci sırasında büyük hacim genişlemesi (400% kadar, Li22Si5), düşük elektriksel iletkenliği ve düşük lityum iyonu difüzyon kinetiği gibi faktörler silisyumun anot olarak performansını sınırlamaktadır. Buna karşın, silika (SiO2), silisyuma kıyasla düşük genleşme hacmi (%100), düşük deşarj potansiyeli (<0,5 V Li/Li+'ya karşı), yüksek lityum iyon depolama kapasitesi (1965 mAh g-1) ve uygun maliyet gibi avantajlar sunar. Bu özellikler silikanın, silisyuma alternatif bir anot malzemesi olarak değerlendirilmesini sağlar. Ayrıca, silikanın lithasyon süreci sırasında oluşan lityum oksit ve lityum silikatlar gibi tersinmez inert fazlar, doğal hacim tamponları işlevi görerek çevrim kararlılığını önemli ölçüde artırır. Ancak, silikanın hacim genişlemesi kaçınılmazdır ve bu durum i) SiO2 partiküllerinin parçalanması, ii) tekrarlayan kararsız katı elektrolit ara yüzeyi (KEY) oluşumuyla elektrot malzemesinin ciddi şekilde polarize olması, iii) genişleme ve daralma sürecinde temas bölgelerinin değişikliklerle elektrot malzemeleri arasındaki elektriksel temasın zarar görmesi ve iv) elektrot yapısının bozulması gibi olumsuz etkilere yol açabilir. SiO2, güçlü Si-O bağlarına sahip olduğundan düşük elektriksel iletkenliğe sahip fakat oldukça kararlı bir anot malzemesidir. Ancak, silikanın teorik kapasitesine pratikte henüz ulaşılamamıştır. Bu nedenle, silikanın lityum iyon pillerde verimli bir anot elektrot olarak elektrokimyasal aktivitesini artırmak için birçok çalışma yapılmıştır. Silikanın amorf fazının kullanılması, nanoyapı modifikasyonu (nanoparçacıklar, nanotüpler, nanoküreler, nanoçubuklar, nanoteller, nanoküpler, nanofilmler vb.), partikül boyutu modifikasyonu ve sentez yönteminin iyileştirilmesi gibi yaklaşımlar, silikanın elektrokimyasal performansını artırmak amacıyla yapılmış çalışmalardır. Nanoyapıdaki elektrot malzemeleri, iyon ve elektron transfer yollarını kısaltır, mekanik stresi azaltır ve elektrot/elektrolit etkileşimleri için geniş bir yüzey alanı sağlar. SiO2/Li sistemindeki sorunları çözmek için yüksek iletken karbon malzemeleri (gözenekli karbon, grafit, karbon nanotüp (KNT), grafen oksit (GO), karbon nano fiber vb.), aktif ve pasif metaller gibi çeşitli SiO2 kompozitleri bilimsel çalışmalarda önerilmiş ve incelenmiştir. Karbonlu yapılar, döngü sırasında aglomerasyonu önler, silikanın iletkenliğini artırır ve lityum iyonlarının (Li+) interkalasyon süreci sırasında hacim genişlemesini absorbe eder. Ayrıca, (de)lithasyon sırasında lityum dendrit büyümesini de önleyebilir. Tez çalışması kapsamında, karbonlu malzemelerin uzun çevrim ömrü ve yüksek iletkenlik gibi avantajlarını silikanın yüksek depolama kapasitesiyle birleştirerek yüksek performanslı üç farklı morfolojide (SiO2@C, SiO2@KNT ve SiO2@rGO) karbonlu nanomalzeme kompozitleri hazırlanmıştır. Karbon kaplı SiO2 (SiO2@C) nanokompoziti, sol-jel yöntemiyle resorsinol-formaldehit öncülleri kullanılarak sentezlenmiştir. SiO2 üzerinde in-situ (eş zamanlı, yerinde) KNT üretimi kimyasal buhar biriktirme (KBB) yöntemiyle gerçekleştirilmiş ve silikanın KNT ağı içerisinde hapsedildiği KNT destekli SiO2 (SiO2@KNT) nanokompozitleri elde edilmiştir. GO ise, modifiye Hummers metodu kullanılarak sentezlenmiştir. Daha sonra GO, SiO2 nanoparçacıkları ve L-askorbik asit indirgeyici ajanı kullanılarak üç boyutlu köpük yapısında indirgenmiş GO destekli SiO2@rGO nanokompoziti oluşturulmuştur. Sentezlenen aktif nanomateryallerin yapısal ve morfolojik özellikleri X-ışını difraksiyonu (XRD), Raman spektroskopisi, termogravimetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) yöntemleri kullanılarak karakterize edilmiştir. CR2032 tipi yarı hücrelerde tasarlanan elektrotların şarj/deşarj performansı, spesifik kapasitesi ve kapasite korunumu gibi özellikleri incelenmiştir. Ayrıca, üretilen elektrotların çevrimsel voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile elektrokimyasal analizleri gerçekleştirilmiştir. Alaşım tipi negatif elektrot üzerindeki pasivasyon katmanlarının sürekli birikmesi/kırılması, elektronların taşınımını engelleyerek hücrede kinetik difüzyon bariyeri oluşturabilir ve hücre içindeki aktif lityumun kaybına neden olabilir. Bu tez çalışmasında, elektrotların elektrokimyasal performansını iyileştirmek amacıyla şarj/deşarj döngüleri öncesinde elektrotlara kontrollü ön lithasyon işlemi uygulanmıştır. Bu süreçte, SiO2@C, SiO2@KNT ve SiO2@rGO elektrotlarının aktifleştirilmesi için elektrokimyasal ön lithasyon yöntemi kullanılmıştır. Ön lithasyon sırasında gerçekleşen redoks reaksiyonları, silisyumları aktif hale getirerek pillerde kapasite artışı ve döngü kararlılığına katkıda bulunmuştur. Deneysel sonuçlar incelendiğinde saf SiO2, diğer elektrotlara göre en düşük kapasiteyi göstermiştir. Ancak, ön lithasyon uygulanmış SiO2@C, SiO2@KNT ve SiO2@rGO kompozit elektrotlarda belirgin bir kulombik verimlilik artışı sağlamıştır. Bu ön lithasyonlu elektrotlar 100 mA g-1 akım yoğunluğunda, 100 çevrim boyunca mükemmel döngü kararlılığı göstererek üstün elektrokimyasal performans sergilemiştir. Yüksek elektriksel iletkenlik ve mekanik mukavemet sunan karbonlu malzemelerin kullanımı ve ön lithasyon işlemi sayesinde tersinmez lityum kayıpları telafi edilmiş, SiO2@C, SiO2@KNT ve SiO2@rGO elektrotlarının performanslarında önemli iyileştirmeler sağlamıştır. Bu çalışmanın amacı, SiO2 esaslı malzemelerin lityum iyon pil teknolojilerinde daha geniş bir kullanım alanı bulmasını teşvik etmek ve gelecekteki yüksek kapasiteli ve uzun ömürlü pil sistemlerinin geliştirilmesine katkıda bulunmaktır. Elde edilen sonuçlar, SiO2 ve karbon esaslı nanokompozitlerin enerji depolama alanında önemli bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Geliştirilen yeni nesil malzemeler, daha yüksek enerji yoğunluğu ve döngü stabilitesi sağlayarak sürdürülebilir ve yüksek performanslı pil uygulamalarının önünü açacaktır.
-
ÖgeTürkiye gün öncesi elektrik piyasasında saatlik fiyatların uzun dönemli olarak tahmin edilmesi için fundamental bir yöntem geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-12-18)Türkiye'de elektrik sektörü son yıllarda önemli oranda büyümüş ve önemli değişimler geçirmiştir. Bu değişimlerin sonucunda, elektrik artık farklı organize spot piyasalarda alınıp satılabilen bir emtia haline gelmiştir. Yaşanan bu gelişmelerle birlikte elektrik fiyatlarının tahmin edilmesi piyasadaki pek çok aktör için kritik bir öneme sahip olmuştur. Elektrik fiyat uzun dönemli tahmini konusunda dünyada gelişmiş bir akademik literatür bulunmasına karşın, bu konuda ülkemizde hem piyasalarda hem de akademik literatürde önemli bir boşluk bulunmaktadır. Elektrik piyasalarında fiyatların doğru tahmin edilmesi hem elektriğin daha geleneksel emtialardan farklı olan özellikleri hem de Türkiye Elektrik Piyasası'nın kendine özgü nitelikleri yüzünden çeşitli zorluklar barındırmaktadır. Literatürde görülen bu boşluğun hem bu zorluktan hem de Türkiye Gün Öncesi Piyasası'nın göreceli olarak yeni bir piyasa olmasından kaynaklandığı ileri sürülebilir. Her bir elektrik piyasası birbirinden farklı özellikler barındırmaktadır. Bu nedenle, bir piyasa için oluşturulmuş olan modelin başka piyasalarda doğru sonuçlar vermesi mümkün olmayabilir. Türkiye Piyasası da hidroelektrik santrallerinin çalışma rejimleri, yan hizmetler piyasasının kuralları ve zaman zaman piyasaya yapılan kamu müdahaleleri gibi nedenlerle pek çok başka piyasadan ayrılmaktadır. Son yıllarda artan rüzgâr ve güneş enerjisi yatırımlarıyla birlikte kesintili üretim kaynaklarının piyasadaki payının artması da fiyat tahminini zorlaştıran bir unsur olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu nedenlerle, Türkiye Elektrik Piyasası'nda gerçeğe yakın uzun dönemli tahminler yapılması için bu piyasanın özel koşullarını dikkate alacak bir modelin geliştirilmesi gerekmektedir. Halihazırda, Türkiye Piyasası için özel olarak oluşturulmuş, çok farklı faktörleri dikkate alan uzun dönemli bir akademik fiyat tahmin modeli bulunmamaktadır. Bu doktora tezinde Türkiye Gün Öncesi Piyasası'nda orta ve uzun dönemli elektrik fiyat tahmini amacıyla kullanılacak bir fundamental piyasa modeli önerilmektedir. Model, Türkiye Piyasası için oluşturulmuş ilk uzun dönemli fundamental model olacak olması yönünden önemlidir. Önerilen yöntem kapsamında elektrik fiyat oluşumunda etkili olan pek çok temel faktör ayrı ayrı modellenerek saatlik arz ve talep eğrileri oluşturulmuştur. Model, her bir saat için arz ve talebin kesiştiği yerde tahmini fiyatı bulmaktadır. Modellenen parametreler arasında talep, kurulu güç, santral kapasite faktörleri ve yakıt fiyatları gibi değişkenler bulunmaktadır. Fiyatın oluşumunu etkileyen faktörlerin ayrı ayrı modellenmesi her bir faktörün fiyat oluşumuna etkisini ölçmeyi de mümkün kılmaktadır. Model 2017 ve 2020 yılları arasındaki veriler kullanılarak kalibre edilmiş ve 2021 ve 2022 yılları için gerçekleşmiş verilerle test edilmiştir. Modelin tahmin performansı çeşitli farklı hata ölçütleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Daha sonra, geliştirilen model kullanılarak 2035 yılına kadar örnek bir tahmin çalışması yürütülmüş ve tahminde Türkiye'nin resmi kurulu güç, elektrik talebi artışı projeksiyonlarından yararlanarak varsayımlar oluşturulmuştur. Simülasyon çalışması modelin işleyişine bir örnek teşkil etmekte ve piyasa koşullarının resmi hedeflere uyumlu olarak ilerlemesi durumunda fiyatların gelişiminin nasıl olacağını göstermektedir. Yürütülen modelleme çalışmasıyla birlikte hem resmi kurulu güç ve elektrik talebi artış projeksiyonlarının spot elektrik fiyatlarına nasıl yansıyabileceği açıklanırken hem de Türkiye Piyasası'nda uzun dönemli elektrik fiyat tahmini konusunda bulunan boşluğun doldurulmasına katkıda bulunmak ve bu konuda ileride yapılacak çalışmalar için bir zemin oluşturmak hedeflenmiştir.