İstanbul şehir hatları vapurları ana tahrik sisteminin hidrojen yakıt hücresine dönüşümünün tekno-ekonomik incelenmesi

Abstract

19.yy'da başlayan sanayi çağı ile birlikte insan gücünün yerini makine gücü almış ve büyük üretim çağı başlamıştır. Serbest piyasa ekonomisi teorisinin ortaya atılması ve yaygınlaşmaya başlaması ile birlikte yeni ticaret rotalarının oluşturulması ile üreticiler mallarını dünyanın diğer ucuna daha hızlı ve güvenilir bir şekilde ulaştırma ihtiyacı duymuşlardır. Fakat bu çağ ile başlayan üretim, ticaret ve ulaştırma sektörlerindeki büyüme sebebiyle atmosfere salınan sera ve tehlikeli gazlar sebebiyle tüm canlıların yaşamı olumsuz etkilenmiştir. Ulaştırma sektörü kaynaklı atmosfere salınan gazların büyük çoğunluğunu denizcilik sektöründen kaynaklanmaktadır. Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) tarafından bu konu dikkatle incelenmiş ve gemi inşa ve işletmeciliği alanında birçok kısıtlama ve yenilikler zorunlu kılınmıştır. Bu kısıtlamalardan dolayı gemi inşa sektörü klasik tahrik sistemlerinin yerine alternatif çözümlere yönelmeye başlamış ve birçok yeni teknoloji sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG), sıkıştırılmış doğal gaz (CNG), elektrik motorları vs.) gemilere uygulanmaya başlamıştır. Bu alternatif yöntemlerinden bir tanesi de Hidrojen yakıt hücreleridir. Bu tezin amacı İstanbul Şehir Hatları idaresinde bulunan vapur ve gemilerin muhtemel hidrojen yakıt hücresi tahrik sistemleri ile inşa edilebileceği veya tahrik sistemlerinin hidrojen yakıt hücreli tahrik sistemlerine muhtemel dönüşümü hakkında bir kaynak oluşturmak ve karar vericilere destek sağlamaktır. Bu çalışmada ilk bölümde küresel ısınma ve iklim değişikliği hakkında yapılan araştırma ve çalışmalardan yararlanılarak bilgiler verilmiştir. Ayrıca IMO tarafından tehlikeli gazların salınımını azaltmak adına gemi işletmeciliği alanında yapılan kısıtlamalar ve yeni zorunluluklar hakkında bilgi verilmiştir. Bu çalışmanın ikinci bölümünde hidrojen yakıt hücreleri, çeşitleri, kullanım alanları, kimyasal ve termodinamik özellikleri ve hidrojen yakıt hücrelerinin gemi inşa sektöründe uygulama konuları hakkında ayrıntılı bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölümde İstanbul Şehir Hatları idaresinde bulunan ŞH KÜÇÜKSU vapurunun teknik özellikleri ve ihtiyaç duyacağı ana ve yardımcı tahrik sistemleri güç gereksinimi üzerine bir model çalışması yapılmıştır. Daha sonra İstanbul Şehir Hatları idaresinde bulunan ŞH KÜÇÜKSU vapuruna ait hali hazırda bulunan genel özellikler, ana ve yardımcı makine tahrik sistemleri bilgileri, yakıt ve yağ sarfiyat bilgileri, yıllık bakım masrafı gibi spesifik bilgiler ekonomik analiz ve karşılaştırma yapılabilmesi adına kurum idaresi ile yapılan resmi yazışmalar ve makine üreticisinin teknik dökümanından elde edilmiştir. Dördüncü bölümde tekno-ekonomik inceleme yapılabilmesi maksadıyla ihtiyaç duyulan ekonomik terimler tanımlanmıştır. Bu çalışmada hidrojen yakıt hücreli tahrik sistemleri ve İstanbul Şehir Hatları idaresinde bulunan ŞH KÜÇÜKSU vapurunun mevcut tahrik sistemlerinin yıllık toplam sevk maliyetlerine dayanan bir analiz yapılmıştır. Yıllık toplam sevk maliyetleri hesaplamasında sermaye harcamaları (CAPEX) ve operasyonel harcamalar (OPEX) olarak iki maliyet üzerine hesaplamalar yapılmıştır. Ayrıca ŞH KÜÇÜKSU vapurunun mevcut sistemlerinin ve hidrojen yakıt hücreleri sevk sistemleri ile ekonomik olarak karşılaştırılabilmesi için net bugünkü değer (NPV) ve yaşam döngüsü maliyeti (LCC) gibi finansal tanımlara yer verilmiş ve hesaplamalar yapılmıştır. CAPEX, 20 yıllık bir operasyon süresi ve 10% bir indirim oranı ile analiz yapılmıştır. İlk kurulum ve yatırım maliyetleri ise (IC) hidrojen yakıt hücresi üniteleri için daha önceden yapılan çalışmalardan ve hidrojen piyasa fiyatları baz alınarak hesaplanmıştır. Tüm tüketim maliyet hesaplamalarında 3% bir enflasyon payı dahil edilmiştir. Ayrıca tüm OPEX için net değer formülasyonunda yer alan değerler 20 yıllık bir yatırım ve operasyon süresi ile 3% ve 5% bir iskonto oranı için hesaplanmıştır.