Akıllı Şebekeler

Akıllı Şebekeler (Smart Grid)

 

Birbirlerine enterkonnekte sistem üzerinden bağlı olan ülkeler sistem kararlılığının ve güvenilirliğinin artmasından dolayı, son yıllarda artan enerji talebini karşılamak için rüzgar ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının yatırımlarına hız vermişlerdir. Bu yatırımlar tasarlanırken sadece üretim bazında değil, aynı zamanda enerjinin iletimi ve dağıtımı da planlanmalıdır. Planlanan farklı yapıların birbirleriyle uyumlu olması ve yeni enerji kaynaklarının entegrasyonu konusunda esnek olması gerekmektedir. Bunların yanında, gelecekte artacak enerji ihtiyacı doğrultusunda ilave edilebilecek yenilenebilir enerji kaynaklarının da katkısı düşünülerek, çift yönlü güç akışları sağlanmalıdır. Gücün sürekliliğinin sağlanması, doğru analiz yöntemleri ile gelecekteki yapıya karar verilip uygun koordinasyonun gerçekleştirilebilmesi için gerek üretimin, iletimin ve gerekse de dağıtım sisteminin akıllı sistemlerle tasarımına bağlıdır.

 

 

  1. Giriş

Gelişen teknoloji ve artan sanayi gücüne paralel olarak enerji ihtiyacı yaşamın her alanında her geçen gün artmaktadır. Günümüzde artan enerji talebinin büyük bir bölümü oluşturdukları karbon emisyonları nedeniyle çevre kirliliğine neden olan fosil yakıtlardan karşılanmaktadır. Hem tükenebilecek hem de çevre kirliliğine neden olabilecek fosil yakıtların kullanımına alternatif olarak yapılan çalışmalar neticesinde, yenilenebilir enerji kaynaklarına olan talep artmıştır. Artan bu talep doğrultusunda yenilenebilir enerji kaynaklarının daha fazla kullanımı için ülkemizde ve dünyada yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Sadece üretimde değil, iletim ve dağıtım sistemlerinin birbiri ile haberleşerek uyum içerisinde olması ve akıllı şebeke uygulamaları ile de verimliliğin arttırılması amaçlanmıştır. Böylece elektrik üretiminden son kullanıcıya kadar sistemin her aşamasında akıllı sistemlere geçiş yapılabilir.

Akıllı sistemlerin entegrasyonu neticesinde talep edilen elektrik enerjisi de kısmen dengelenebilecek ve öngörülebilen yenilenebilir enerji üretiminin şebeke üzerinde neden olduğu olumsuz etkiler en aza indirilebilecektir. Tüm bunların sonucunda ise CO₂ salınımı önemli ölçüde azaltılabilecektir.

 

2.Akıllı Şebekenin Tarihçesi

 

Akıllı Şebeke çalışmalarının başlangıcı, 1980 yılının sonlarında bir İsrail pilotunun kullandığı F15 savaş uçağının yaşadığı probleme dayanmaktadır. Pilotun uçuş yaptığı sırada, başka bir uçaktan kaynaklanan ters hava akımı etkisiyle F15’in sağ kanadının kullanımını % 90 oranında kaybederek zorlu bir iniş gerçekleştirmiştir. Bu olaydan sonra 1995-1998 yılları arasında Washington Üniversitesindeki bir araştırma grubu optimizasyon ve kontrol konulu bir proje ele almıştır. NASA‟nın da desteklediği bu projede kendini kendi iyileştirebilen ve varolan sistemde meydana gelebilecek “k” kadar olayda (n-k) bile dengesini düzenleyebilecek akıllı bir yapıyı, yapay sinir ağları yöntemiyle (neural network technology) geliştirdi. F15‟teki bu çalışma, EPRİ (Electric Power Research Institute) ve CIN/SI (Complex Interactive Networks/Systems Initiative) gruplarının elektrik güç endüstrisi için geliştirdiği programlara öncülük etti. [1]

 

3.Akıllı Şebeke Nedir?

 

Akıllı şebeke, tüketicinin talebi ile üreticinin arzı arasındaki dengeyi, çift yönlü haberleşerek sürekli izleyen ve kontrol eden bir enerji yönetim sistemi olarak tanımlanabilir.Bir başka deyişle; normal bir şebekeye bilgisayar ve ağ teknolojisinin entegre edilmesiyle oluşan şebekeye denilmektedir. Akıllı şebekeler, kendisine bağlı tüm kullanıcılara verimli, sürekli, ekonomik ve güvenilir elektrik enerjisi sağlamak amacıyla çalışacak bir elektrik şebekesidir.

 

akıllı şebeke 1
Kaynak : Wago
Şekil 1: Akıllı şebeke yapısı

 

Akıllı şebekeler, sistemdeki tüm düğüm noktalarında uyanık, tepkili, maliyet açısından uygun, çevre ile dost, eş zamanlı, esnek ve her sistemle bütünleşerek, enerji üretimini destekleyen bir yapıdadır. Akıllı şebekeler, gerçek zamanlı haberleşme altyapısı ile dağıtım sisteminde kayıp-kaçak oranlarını belirleyebilen ve çift yönlü okuma yapabilen sayaçlar ile enerji akış yönlerini düzenleyecektir. Bu yönüyle klasik sistemlerden farklı olarak yenilebilir enerji kaynaklarının katılımı ile değişen yük akışını optimize etmiş ve kullanıcı maliyetlerini düşürerek çevreci bir sistem oluşturacaktır. [2]

 

4.Akıllı Şebeke Birimleri

 

a.Akıllı Üretim: Şebekenin herhangi bir noktasından alınan alternatif enerji gibi geri dönüşleri (feedbackleri) enerji üretiminin üretildiği ve güç faktörünün kontrol edildiği bölümdür.

b.Akıllı İstasyonlar: Güç faktörü performansını, trafo,kesici, akü sistemlerini kontrol eder ve işlem kontrolünü sağlar.

c.Akıllı Dağıtım: Bu dağıtım sistemi otomatik izleme sistemleri barındırarak arıza durumunda tekrar optimum hale geçilmesini sağlar. Böylece hava durumu gibi değişken olaylar elektrik şebeke sistemini minimum ölçüde etkiler. Sistem otomatik izleme ve analiz etme özelliği ile hava durumu ve enerjisiz kalma geçmişine bağlı olarak arızalan tahmin edebilir.

d.Akıllı Sayaçlar: Genellikle elektrik enerjisinin bir saatte bir veya daha kısa aralıklarla ölçülerek; en azından günde bir kontrol etme ve faturalandırma amacı ile sisteme bilgi verilmesi şeklinde tüketim miktarını kaydeden sayaç çeşididir. Akıllı sayaçlar sayesinde sayaç ile merkezi sistem arasındaki iletişim sağlanmış olur. Ev enerji kontrol sistemlerinin aksine, akıllı sayaçlar uzaktan bilgi raporlama özelliğine sahiptir.

e.Haberleşme Sistemi: Veri toplama, düzenleme ve kontrol merkezlerinin birleştirilmesi ile meydana gelen kullanıcının şebekeye uygun akıllı cihazlarla etkileşimini sağlayan sistemdir. Böylece kullanıcı evde veya başka bir ortamda akıllı cihazlarını uzaktan kontrol edebilecektir.

f.Kontrol Sistemleri: Akıllı şebekelerde kontrol, yerel ölçekte güç elektroniği elemanlarının kontrolünden geniş ölçekte yerel ve küresel olarak şebeke durumlarının ve koşulların kontrolü ve optimizasyonuna kadar uzanan geniş bir uygulama yelpazesini kapsar. Bu sistemlerde Scada gibi kontrol programları ve yazılımlar kullanılır.[3]

 

5.Akıllı Şebeke Faydaları Yenilenebilir enerji kaynakların kullanımını arttırarak fosil kaynakların daha verimli kullanılmasını sağlar.

 

Güç şebekeleri açısından düşünüldüğünde sistemdeki tüm noktaların maliyet açısından uygun, çevre ile dost, esnek, kuvvetli ve her sistemle bağlanabilen bir yapıda olmasını sağlar.

Verimli, güvenilir ve birbiriyle eşgüdümlü olarak çalışan, her bir otomasyona tabi birçok iletim ve dağıtım sisteminden oluşan güç sistemi oluşturur.

Akıllı bir iletim sistemi problemli bölgeleri hızlı bir şekilde izole ederek geniş çaplı enerji kesintilerinin önüne geçmekle kalmaz, sistem çökmelerini sonrasında tekrar toparlanma sürecini düzenleyip dengeleyebilmekte ve enerji akışını hızlandırabilmektedir.

Akıllı şebeke, akım kontrolünün optimizasyonunu sağlar.

Tüketicilerin elektrik kullanımlarını ve tüketim maliyetlerini daha iyi kontrol etmelerini sağlar.[4]

 

6.Dünya’daki Akıllı Şebeke Uygulama Çalışmaları

 

İtalya, akıllı şebekeler ile ilgili olarak ilk adımı atan ülke olmuştur. 2000 yılında başlayıp 2005 yılında tamamlanan Telegestore projesi kapsamında 27 milyon adet sayaç uzaktan okunabilen akıllı sayaçlar ile değiştirilmiştir.

Japonya, yatırımlarına çok önceden başladığı için akıllı şebeke çalışmalarına, talep tarafında (home-side) devam etmektedir. 2010 yılında, 4 şehirde akıllı şebeke kapsamında akıllı şehir pilot uygulamalarına başlamışlardır.

Güney Kore, hükümeti, 2030 yılına kadar akıllı şebeke uygulamasına tamamen geçmeyi planlamıştır. Bu yol haritasında, şebekenin uzaktan izlenebilmesi, akıllı evlerin enerji yönetimlerinin yapılabilmesi ve pilot ara şarj ünitelerinin kurulması gibi adimı bulunmaktadır.

Rusya’da 1,5 milyonu aşkın apartman akıllı elektrik şebekesine bağlanmıştır. Daireleri her birine, elektrik tüketiminin enerji şirk tarafından kontrol edilmesine imkân vere sayaçlar kurulmuştur.

Çin, Akıllı Şebeke yol haritasını, üç aşamada tanımlanmıştır;

Planlama ve Pilot (2009-2010), Kurulum (2011-2015), Geliştirme (2016-2020)‟dir.

Fransa’da Ağustos 2010‟da çıkan mevzuat i 2016 yılının sonuna kadar ülkenin %95‟ini kapsaya şekilde akıllı sayaç kurulması hedeflenmektedir.

Avustralya, elektrik dağıtım şirketlerine, tüketicilere akıllı sayaç bağlama zorunluluğu getirilmiştir.[5]

 

  1. Türkiye İçin Akıllı Şebeke

 

Mevcut şebeke, ülkemizde elektrik alt yapısı, büyük enerji santrallerin birbirine uzun iletim hatları ile bağlı olduğu enterkonnekte yapıdadır. Enterkonnekte şebeke sisteminin herhangi bir kısmında sistemin çökmesi durumunda meydana gelen dengesizlik bütün sistemin çökmesine ve dolayısıyla ülke hatta bağlantılı olduğu diğer ülkelerde bile enerji kesintisine yol açmaktadır. Elektrik şebekesinin dağıtım seviyesinin yapısını inceleyecek olursak, ülkemizde dağıtım şebekesi tek bir kaynaktan beslenen dal budak şebekeye sahiptir. Bu sistem yapısında ise TEİAŞ trafo merkezlerinden tek kaynaktan beslenen şebeke enerji kesintilerinde bütün abonelerini enerjisiz bırakabilecektir. Ancak şehir merkezlerindeki TEİAŞ merkezleri arasında oluşturulan ring hatlar sayesinde birçok abonenin kesintisiz enerji kullanma imkanı sağlanmaktadır. 2000‟li yıllarda sayıca büyük miktarda devreye sokulmaya başlanan dağıtık üretim santrallerinin şebekemize en büyük artısı abonelere kesintisiz enerji sağlayabilmesidir. Herhangi bir üretim merkezinde sistem çökmesi olsa bile diğer santralden oluşturulacak ring sistemiyle enerji sürekliliği sağlanabilir. [6]

 

akıllı şebeke 2Şekil 2: Mevcut şebeke ile akıllı şebeke karşılaştırılması

 

 

8.Türkiye Elektrik Enerji Sisteminin Mevcut Durum Analizi

 

Günlük yaşamda her aşamada kullanım alanı bulan enerji; kimyasal, nükleer, mekanik (potansiyel ve kinetik), termal (ısıl), jeotermal, hidrolik, güneş, rüzgar, elektrik enerjisi gibi değişik şekillerde bulunabilmekte ve uygun yöntemlerle birbirine dönüştürülebilmektedir. Ekonomik anlamda değişik yöntemlerle enerji elde edilen kaynaklar, enerji kaynakları olarak isimlendirilmekte ve değişik şekillerde sınıflandırılmaktadır. Kullanışlarına göre enerji kaynakları yenilenebilir ve yenilenemez enerji kaynakları olarak ikiye ayrılırken; dönüştürülebilirliklerine göre enerji kaynakları birincil ve ikincil enerji kaynakları şeklinde incelenmektedir.

Türkiye 2013 yılı itibariyle 57.071,5 MW kurulu güce sahiptir. Toplamda 771 santral ile üretilen enerji 55.000 km‟yi aşan iletim hattı ile enerji ihtiyacını karşılamaktadır. Türkiye, ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisinin %74‟ünü termik kaynaklardan(doğalgaz, kömür vb. gibi fosil yakıtlar ile) sağlarken %26‟lık kısmını ise hidrolik ve yenilenebilir enerji kaynaklarından (rüzgâr, güneş, jeotermal gibi) karşılamaktadır. Türkiye‟de bulunan bütün elektrik üretim santralleri enterkonnekte sisteme bağlı olarak çalışmaktadır. Türkiye’nin mevcut kurulu gücü yıllık ortalama enerji ihtiyacını karşılayabilmesine rağmen anlık enerji talebini (Puant) karşılamakta yetersiz kalabilmektedir. Türkiye mevcut enerji iletim sisteminde gerilim dalgalanmaları, frekans değişimleri ve aşırı yüklenme sonucu ortaya çıkan enerji kesintileri nedeniyle Avrupa iletim ve dağıtım sistemine henüz tam olarak entegre edilememiştir. Bu sorunları çözmek için ulusal enerji kurularak belirli enerji nakil hatlarının primer tarafında analizörleri kurularak enerji kalitesi izlenmiştir.[7]

 

 

9.Sonuçlar

 Her ülkeye ait farklı şebeke yapısı olduğundan, gerek akıllı sistemler gerek yenilenebilir enerji kaynakları entegrasyonunda sistem analizleri devam ettirilerek en uygun koşullar araştırılmalıdır.

Kendi şebekemizin dinamik analizlerinin alt yapısı oluşturularak, rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir enerji sistemlerinin yük akışı ve dinamik yapılar da incelenmelidir.

Uzaktan enerji izleme ve ölçme yapısı dizayn edilmeli, modern ve hızlı olmasına dikkat edilmelidir.

 

 

10.Kaynaklar

[1] M. CAN, “AKILLI ŞEBEKELER” (2012), Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı (Selçuk Üniversitesi-Konya)
[2] Okyay, G.(2012). Akıllı Elektrik Şebekelerinde SIP Protokolünün Kullanımı (Yüksek Lisans Tezi). İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[3] “Engineering Insights 2008” – DOE Modern Grid Strategy
[4] Akdeniz, E., „‟Yenilenebilir kaynaklardan enerji üretiminin şebekenin enerji kalitesi ve kararlılığına etkilerinin incelenmesi‟ Yüksek lisans tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul (2006).
[5] Rogai, S., „„Telegestore project progress & results‟‟, ENEL Disribuzione‟s Metering Infrastructure, IEEE ISPLC, İtaly (2007).
[6] Akıllı Şebekeler Ve Orta Gerilim Uygjllamaları / Yasin Çoksürer / Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi
[7] Mavi Kitap, 2014, Enerji Tabii ve Kaynaklar Bakanlığı ile Bağlı ve İlgili Kuruluşlarının Amaç ve Faaliyetleri, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Ankara.

 

 

 

Yazarlar
Şahin YAKAR, Alper YAKAR, Özgür ÖZDEMİR

 

 

 

Bu yazı hakkında ne düşünüyorsun ?
  • Faydalı 
  • Normal 
  • Gereksiz 
  • Müthiş 
İsmail KIYICI

About İsmail KIYICI

Elektrik-Elektronik mühendisi. Elektrik-Elektronik Mühendisliği'nde yüksek lisans eğitimine devam etmekte. Komhedos.com kurucu ortağı ve yazarı. İlgi alanları nesnelerin interneti (IoT), endüstri 4.0, tahmin ve karar sistemleri, yapay zeka, savunma sanayi ve yenilenebilir enerji. Eski bir IEEE gönüllüsü.   İsmail'in yazılarını okumak için tıklayınız 

View all posts by İsmail KIYICI →