Thermodynamic, Economic and Environmental Analysis of a Solid Oxide Fuel Cell as Auxiliary Power Source for a Coaster


Güler E., Ergin S. , Barlas B.

Gemi ve Deniz Teknolojisi, no.220, pp.86-107, 2021 (Other Refereed National Journals)

  • Publication Type: Article / Article
  • Publication Date: 2021
  • Title of Journal : Gemi ve Deniz Teknolojisi
  • Page Numbers: pp.86-107

Abstract

Çevre ve dünya iklimleri açısından karbondioksit (CO2) emisyonlarının azaltılması oldukça önemli olup
Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) de son yıllarda uluslararası denizcilik faaliyetlerinden kaynaklanan
sera gazı emisyonlarının sınırlandırılması yönünde çalışmalarını hızlandırmıştır. Gemilerden salınan CO2
emisyonlarının azaltılması için bugüne kadar çok çeşitli yöntemler ve teknolojiler önerilmiştir. Bu
teknolojilerden birisi olan yakıt pilleri kullanılan yakıta bağlı olarak CO2 emisyonlarını sıfıra kadar
düşürebilmektedir. Bu çalışmada bir koster için yardımcı güç kaynağı olarak katı oksit yakıt pili (SOFC)
kullanımının elektrokimyasal ve termodinamik olarak modellenmesi ve Aspen HYSYS yazılımında
simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Alternatif CO2 emisyon azaltma yöntemleri ile fizibilite ve maliyet
açısından daha etkin bir karşılaştırma yapabilmek için birim CO2 azaltma maliyeti üzerinden sistemin
ekonomik analizi gerçekleştirilmiştir. Ekonomik analiz, çalışmada kullanılan geminin referans yardımcı
güç sisteminin bu çalışmada önerilen SOFC güç sistemi ile değiştirilmesinden kaynaklanan maliyet artışı
ve azaltılan CO2 emisyon miktarı değerlerinden yola çıkılarak yapılmıştır. Kurulan model üzerinden yakıt
pilinin farklı çalışma sıcaklıkları ve akım yoğunluklarının sistemin maliyeti üzerine etkileri incelenmiştir.
Ayrıca gemiler için yapılan çalışmalarda ilk defa yakıt pili kimyasal bozulmasının pil potansiyeli
düşüşündeki etkisi bu çalışmada dikkate alınmıştır. Yapılan parametrik çalışma sonucunda incelenen
koşullarda akım yoğunluğunun seçimi birim CO2 azaltma maliyetini %10.0’a, sıcaklığın seçimi ise birim
CO2 azaltma maliyetini %26.1’e kadar azaltmıştır. Maliyeti minimize eden çalışma koşullarında sistemin
kimyasal bozulma öncesi %51.1 gibi yüksek bir termal verime ve 302.2 USD/ton CO2 azaltma maliyetine
sahip olduğu hesaplanmıştır. Belirlenen koşulda SOFC güç sisteminin toplam maliyetinin %65’ini
kullanılan yakıt olan hidrojenin oluşturduğu görülmüştür. Kimyasal bozulma etkisiyle verim yakıt pili
ömrü sonunda ortalama %43.6 olarak elde edilmiş olup bu verim referans yardımcı güç sisteminden
%20.7 daha fazladır. Referans koşullardaki gemiye göre CO2 emisyonları çalışmada önerilen yardımcı
güç sistemi ile %24.3 kadar azalmıştır.