Geleceğin Enerji Yapısı ve Akıllı Şebekeler
Yazı Dizisi-2
Hasan Basri Çetinkaya

Düzenleyici “AKILLI” Yapılar

Yukarıdaki bölümde tanımlanan nedenlerden dolayı iletim ve özellikle dağıtım sisteminin, uygun kontrol ve kumanda önlemleri olan akıllı bir yapı formatında olması gerekmektedir. Akıllı bir enerji yapısında, tüm sistemi izleyebilen, koşullara göre kendi kendine karar alabilen ve anahtarlama yapabilmek için çok hızlı iletişim kurabilen yapılar bulunmaktadır. Akıllı şalt merkezleri otomasyonu, enerji kesintisini önleme, arıza sonrası hızlı toparlanabilme, üretim entegrasyonlarına akıllı uyum, akıllı bir sistemin en büyük özelliklerindendir.

Şekil 3: IEC 61850 haberleşme sistemi ile donatılmış, programlanabilir, izleme kabiliyetine sahip hücreler

Dağınık bir enerji üretim sisteminde sistem güvenirliliği en önemli konudur. Sistem güvenirliği sağlandıktan sonra ise enerji üretiminin optimizasyonu ve verimliliği söz konusu olacaktır. Bu optimizasyonu ve verimliliği sağlayacak yapıların temelleri günümüzde atılmaktadır. Bu anlamda geleceğin enerji yapısında, sanal enerji santralleri olarak ifade edilen, aslında birçok küçük santrali tek bir santral gibi tanımlayan ve yöneten yapıların da bulunması beklenmektedir (DEMS-Distributed Energy Management System). Bu sistemler enerji piyasası koşullarına ve sistem yapısında oluşabilecek olumsuz koşullarda kendine bağlı sistemleri düzenleyerek, enerjinin kesintisiz, kaliteli ve ekonomik olmasını sağlayabilecektir.

Şekil 4: Dağınık Üretim Yönetim Sistemi (DEMS)

Dağıtım şebekesinden gerçekleşen yenilenebilir enerji üretim entegrasyonlarının oluşturduğu yük akışı ve gerilim dalgalanmalarının kontrolü, üretim miktarı arttıkça zorlaşacaktır. Kontrol edilemeyen yapılarda da enerji kalitesindeki bu dalgalanma, sistemin kendisinde ve tüketici ürünlerinde zararlar oluşturabilecektir. Bu nedenle dağıtım şebekelerinin sürekli izlenmesi ve kritik durumların oluşma riski görüldüğünde gerekli kontrol ve kumanda önlemlerinin alınması gerekecektir. Bununla ilgili, “Orta Gerilim Şebeke Düzenleyici” yapıların da dağıtım şebekesinde kullanımı söz konusu olacaktır.

Şekil 5: Orta Gerilim Şebekesi Düzenleyicisi

Bu düzenleyici yapılar şebekeyi izleyerek, manüel ya da otomatik olarak gerilimi, aktif gücü ve reaktif gücü kontrol edebilmektedir. Bu kontrolü sağlarken, üretim sistemlerini, transformatör yapılarını ve kapasitörleri kullanmaktadır. Bu tür yapılar ile güç akış miktarı ve yönleri izlenebilmekte, sınır aşımları hızlı ve doğru olarak tespit edilebilmektedir. Bu tespitlerin yardımı ile şebeke kararlılığının korunması için gerekli önlemler alınabilmektedir. Ayrıca izlenen sonuçlar şebeke kayıpları açısından da değerlendirilmektedir. Mevcut yapı ile uyum açısından, ilave edilebilecek üretim miktarına teknik uygunluğa göre karar verilmesi gerekmektedir. Sistem konfigürasyonundaki olası değişimlerde de kontrol edilebilir bir yapıya ihtiyaç olacaktır. Dağıtım sistemin, üretim entegrasyonlarına izin verecek, izleyecek ve karar alacak akıllı bir yapıda olması çok önemlidir.

Sonuçlar

Günümüzde gerçekleştirilen yenilenebilir enerji entegrasyonları ve Türkiye’nin 2023 yılına ait strateji belgesi düşünüldüğünde, geleceğin enerji yapısının bugünden farklı olacağı açıktır. Günümüzde hemen hemen her şeyin enerjiye bağımlı olduğu düşünüldüğünde, mevcut sistemde sağlanan güvenirlilik ve sürdürülebilirliğin, gelecek enerji yapısında da devam ettirilmesi çok önemlidir. Özellikle dağıtım sisteminden gerçekleşecek üretim entegrasyonları enerji yapısında önemli değişimler oluşturacaktır. Bu sistemlerin tasarımı, kurulumdan sonra izlenmesi ve kontrolü, enerjinin kalitesi ve sürdürülebilirliği açısından kritik olacaktır. Bunu başaracak teknoloji günümüzde mevcuttur. Önemli olan hangi teknolojinin, hangi noktada, hangi yapılara uygulanması gerektiğini iyi projelendirebilmek ve bazı pilot projeler ile bunu test edebilmektir. Bununla ilgili olarak güç sistemleri analiz programları yardımıyla, gerçek konum ve gerçek veriler ile kurulan dağıtım şebekesi yapısında, planlanan üretim birimlerinin etkileri incelenmelidir. Ayrıca kurulan santrallerden de ölçümler alınarak yapılan analiz sonuçları ile karşılaştırılmalıdır.
Üretim entegrasyonlarının ilk aşamasında izlenecek problemin gerilim yükselmesi olacağı görülmektedir. Gerilimde meydana gelen dalgalanma fliker şiddetini de değiştirmektedir. Dağıtım şebekesindeki anahtarlama yapısı çok değişkenlik gösterebildiğinden, acil durumlarda gücün sadece izlenmesi değil, kontrol edilebiliyor olması çok önemlidir. Gerektiğinde güç sınırlanabilmelidir.

Üretim entegrasyonlarında yaşanabilecek en önemli sorunlardan birinin de reaktif güç kontrolü olduğu izlenmektedir. Üretim birimlerinin sisteme entegre olması durumunda fiderden çekilen aktif güç ciddi biçimde değişkenlik göstermektedir. Bu değişkenlik reaktif yükümlülükleri oldukça zorlaştırmakta, yüksek güçlü entegrasyonlarda imkansız hale getirmektedir. Kendi enerjisini üreten endüstriyel tesislerde bu nedenle reaktif yükümlülüğün olmadığı bilinmektedir. Üretim entegrasyonları ile birlikte, dağıtım şebekesi yapısının da benzer bir yapıya dönüşmesi beklenmektedir.

Dağıtım şebekelerinde üretim entegrasyonu nedeniyle yaşanabilecek en önemli problemlerden birinin adalaşma olacağı görülmektedir. Özellikle gerilim ve frekans kontrolüne sahip olmayan üretim birimlerinin, adalaşma olduğunda elektriksel parametreleri, kullanıcılar için tehlikeli boyuta çıkarabilecekleri bilinmektedir. Bu nedenle adalaşma durumunu anlayacak mantıkların kurulması, frekansa ve gerilime bağlı pasif korumaların kullanılması oldukça önemlidir. Adalaşma durumunda mevcut sistemde kullanılan tekrar kapama yapılarının da sistemde zarar oluşturmaması için, üretim birimlerinin devre dışı kalma süreleri ile koordineli olmaları gerekmektedir. Gelecekte adalaşma yapısının, enerjinin sürekliliğini sağlayacak çok önemli bir yapı olacağı bilinmektedir. Ancak bunun gerçekleşebilmesi için önemli miktarda üretim entegrasyonunun gerçekleşmesi, üretim birimlerinin frekansı ve gerilimi kontrol eden yapılara sahip olması gerekmektedir. Bu sağlandığında ve enerji depolama sistemleri de yapıya entegre edildiğinde, “MICROGRID” olarak adlandırılan enerji adaları oluşabilecektir.