IEC 60364-8-1:2019-02 Işığında Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı
Bölüm-11
 

Tanay Kalafat 

 

TALEP KARŞILAMA’NIN ENERJİ VERİMLİLİĞİ PERFORMANSINA ETKİSİ

ÖZET

Değerli ETP okuyucuları, meslektaşlarımız ve sektör paydaşları,

IEC 60364-8-1:2019 standardı üzerine hazırlamış olduğumuz teknik yazı dizimizin bu bölümünde Talep Karşılama’nın uygulama modellerini, elektrik tesisatlarının verimliliğine katkısını ve enerji performans puanlaması açısından nasıl değerlendirildiğini ele alacağız.


GİRİŞ

Standardın Talep Karşılama’nın bölümlerini incelemeye başlamadan önce kısa bir tanım ve açıklamayla teknik yazımıza giriş yapabiliriz. Talep Karşılama standardın ilgili bölümünde de yer alan en yalın tanımıyla elektrik enerjisi talebinin arz koşullarına göre yönetilmesidir. Bu sayede elektrik enerjisinin üretim, iletim ve dağıtım aşamalarında arz ve talep dengesini ticari ve teknik açıdan en uygun noktaya getirmek ve enerji verimliliğini azami düzeye çıkarmak istenir.




Talep yanıtı, özellikle tesisata bağlı yenilenebilir enerji (örneğin rüzgar enerjisi, fotovoltaik) üretimi mevcut olduğunda, enerji rejimi istikrarı sağlamak için tüketilen enerjiyi üretilen güce uyarlamayı amaçlar. Talep yanıt programları arasında dinamik fiyatlandırma/tarifeler, fiyata duyarlı talep teklifleri, sözleşmeye bağlı olarak zorunlu ve gönüllü kısıtlamalar ve doğrudan yük kontrolü/döngüsü yer alabilir. Tüm bu yöntemlerin nihai hedefi enerji verimliliğini azami düzeye çıkarmaktır. Talep Karşılama’nın teşvik modelleri olduğu gibi, kısıtlayıcı veya caydırıcı modelleri de mevcuttur.

Birkaç örnekle Talep Karşılama tanımını biraz daha detaylandıralım. Üretim, İletim ya da Dağıtım şirketleri tarafından kullanıcılarına güç taleplerini belirli bir zaman diliminde veya sürekli olarak belirlenmiş bir limitin altına düşürmeleri durumunda bazı teşvikler veya indirimler önerirler. Bu örnek teşvik edici bir modeldir.

Caydırıcı model olarak ele alınabilecek diğer bir örnek ise; belirlenen talep limiti kapsamında enerji sağlayıcısıyla kullanıcı arasındaki sözleşme modelidir. Kullanıcı belirlenen limitin altında anlaşılan birim maliyetle enerji tüketirken belirlenen limitin üzerinde ise enerji birim maliyeti katlanarak artmaktadır.

Her durumda enerji verimliliğine katkı sağlayabilecek örnek ise tesisattaki yüklerin sürekli ve dinamik olarak güç ihtiyacına göre yönetilmesi ve bu sayede tesisatın en verimli şekilde kullanılmasına ve en uygun fiyat tarifesine göre yönetilmesine sağlayan tesisat dâhilindeki Talep Karşılama yöntemidir.

Teknik yazımızda standardın Talep Karşılama yönergelerini orijinal metnine sadık kalarak sizlerle paylaşacağız ve tasarımlarınızdaki yaklaşımınıza ve yöntemlerinize uluslararası standartların ışığında katkı vermeye çalışacağız.

Teknik yazı konumuzun standart metnine geçmeden önce standardın içerisinde Talep Karşılama’yla ilgili yer alan aşağıdaki maddelere IEC 60364-8-1:2019-02 Standardından    ulaşabileceğinizi hatırlatmak isteriz.

•    7.3 Talep karşılama
•    7.4.3.6 Değişken elektrik maliyetine bağlı ekonomik kriterler
•    8.7 Çok kaynaklı tedarik yönetimi: şebeke, yerel elektrik üretimi ve depolama


ARAÇLAR  ve YÖNTEMLER

IEC 60364-8-1 :2019 Annex B 

Önsöz bölümünü tamamlayarak öncelikle Talep Karşılama’nın IEC 60364-8-2:2019 standardındaki yönergelerini orijinal standart metni üzerinden inceleyelim. Talep Karşılama elektrik tesisatlarında enerji verimliliği performansını puanlama yöntemlerini açıklayan Ek B (Annex B) içerisinde 3 ayrı tabloda karşımıza çıkmaktadır.

Talep Karşılama, ilk olarak standardın Annex B ekinde endüstriyel, ticari binalar ve altyapı bölümünün (B.3.2) enerji yönetimi – EM (B.3.2.3) alt başlığının 3. maddesinde karşımıza çıkar;


B.3.2.3.3 Parametre EM03: Sanayi, Ticari ve Altyapı tesislerinde Talep Karşılama

Talep karşılamanın performans değerlendirmesinde yük atmaya dahil olan anma gücü ve ortalama yük atma süresi hesaba katılmaktadır (bkz. 7.3).

EM03 parametresi için verilen puanlar şu şekilde belirlenir:
- Tablo B.11'e göre “Rd” değerinin hesaplaması ve sınıflandırması; ve
- Tablo B.12'ye göre yük atma süresi ve sınıflandırması.
Değerlendirme aşağıdaki denkleme dayanmaktadır:



nerede;
a yük atmaya dahil olan akım kullanan ekipmanların toplam anma gücünü;
b ise tesisatın toplam anma gücünü ifade eder.  

Rd Değeri	Endüstriyel binalar için puanlama	Ticari binalar için puanlama	Altyapı için puanlama
< %5	0	0	0
≥ %5 ve < %10	1	1	1
≥ %10 ve < %20	2	2	2
≥ %20 ve < %40	4	4	4
≥ %40	5	5	5

Talep Karşılama ikinci kez tablo B.12 ile değerlendirilir. Tablo B.12 yük atma işlemenin ne kadar süre boyunca yapılabildiğini dikkate alır.

Yük atma süresi, devreden çıkarılması gereken yükün en az yarısının yük atma işleminin azami süresi ile belirlenir.
   

Yük atma süresi	Endüstriyel binalar için puanlama	Ticari binalar için puanlama	Altyapı için puanlama
< 10 dk.	0	0	0
≥ 10 dk.	1	1	1

Talep Karşılama üçüncü ve son kez konut bölümünün (B.3.3) 3. maddesinde (B.3.3.3) Tablo B.33 ile karşımıza çıkar;

B.3.3.3 Parametre EM03: Konut tesislerinde talep karşılama kapsama

Değerlendirme aynen Talep Karşılama:kapsama Tablo B.11’deki gibi yapılacaktır. Ancak bu defa EM03 parametresi için verilen puanlar Tablo B.33'de gösterilmiştir;
 

Rd Değeri	Puanlama
< %10	0
≥ %10 ve < %50	4
≥ %50 ve < %80	10
≥ %80	16

BULGULAR

IEC 60364-8-1 standardının Talep Karşılama uygulamasına yaklaşımını anlamak ve enerji verimliliği açısından tasarımda Talep Karşılama’nın nasıl yer alacağına dair bir yaklaşım geliştirmek için yalnızca Tablo B.11, Tablo B.12 ve Tablo B.33’ün ele alınması yeterli olmayacaktır. Standardın tamamını ele almamız gerekecektir.


Yük atma ve talep karşılama TANIMLAR bölümünde 3.2.2 ve 3.2.3 maddelerinde kısaca şu şekilde tanımlanmıştır:
Yük atma değişken zamana göre elektriksel yükleri kontrol ederek talebi en uygun hale getirme yöntem(ler)idir.

Talep karşılama ise son kullanıcılar tarafından elektrik kullanımının değiştirilerek, normal kullanımdan, enerji sağlayıcıların elektrik arzını daha güvenilir hale getirmek için sunduğu arz modeline geçmesi olarak tanımlanır.

Bu tanımlara göre yük atma tamamen zamana göre yüklerin devreye giriş-çıkışıyla sınırlandırılmıştır. Biz de değerlendirmelerimizde yük atma işlemini yalnızca bu bağlamda ele alacağız.

Talep karşılama ise yine sınırları çizilmiş bir tanımla en uygun hale getirilmiş elektrik arzına uyum sağlamak üzere tesisat yüklerinin yönetilmesi olarak ifade edilmiştir.


Talep karşılama standardın en önemli bölümlerinden biri olan 7. bölümde (bölgelerin, kullanımların ve grupların belirlenmesi) detaylı bir şekilde yer almakta ve bazı yöntem modelleri açıklanmaktadır.

Standardın bu bölümde Talep Karşılama uygulamasının yenilenebilir enerjiyle birlikte kullanımının altı özellikle çizilmektedir.

Bununla birlikte talep karşılamanın yöntemlerinden bahsedilmektedir. Bu yöntemler dinamik fiyatlandırma/tariflendirme, fiyat duyarlı talep anlaşması, sözleşmeye bağlı zorunlu veya gönüllü kısıtlamalar, doğrudan yük kontrolü ve benzerleridir.

Bu yöntemler üç ana başlık altında açıklanır.
•    Kullanım zamanına göre fiyatlandırma gibi zamana temelli oranlar (örn. kritik tepe limit ve değişken tepe limit fiyatlandırması, gerçek zamanlı fiyatlandırma, kritik tepe indirimleri, vb.);
•    Enerji arzının sınırlandırılması,
•    Gerçek zamanlı enerji yük eğrileri

Grupların (meshes) belirlenmesindeki kıstasların açıklandığı 7.4.3 bölümünün 6. maddesinde (7.4.3.6) değişken elektrik maliyeti bazlı ekonomik kıstas başlığında Talep Katılımı tekrar karşımıza çıkar. Bu bölümde grupların (meshes) ve Talep Karşılama yönteminin tasarımı belirlenirken enerjinin satın alınması, satılması ve depolanması, elektik fiyatının değişkenliği gibi konuların göz önünde bulundurulması gerektiği belirtilmiştir.

Görüldüğü üzere Talep Karşılama’ya 7. bölümde (bölgelerin, kullanımların ve grupların belirlenmesi) detaylı açıklamalarla birlikte önemli bir yer verilmiştir.
Bu durumu sonuç bölümünde değerlendirmek üzere not edelim.

Standart, Talep Karşılama’ya ana metin içerisinde son olarak 8. bölümde yer vermiştir.
Çok-kaynaklı tedarik yönetimi: şebeke, yerel elektrik üretimi ve depolama.
Bu bölümde standart toplam güç karşılamanın tesisin genel enerji tasarrufuna yardımcı olabilmesi için azami ve en uygun şekilde uygulanması gerektiğini belirtir. Ayrıca kaynak yönetiminin, tesisatın enerji verimliliğine doğrudan katkısının ve enerji yönetim sistemine dâhil olarak doğru anahtarlama donanımı ile birlikte kullanımının altı çizilmektedir.

Elimizdeki bulguları tamamlamak üzere performans tablolarını ele alalım.
Teknik yazımızı bu noktaya kadar okuyan okuyucularımız daha önce yer verdiğimiz 3 adet performans değerlendirme tablolarını hatırlayacaktır; Tablo B.11, Tablo B.12 ve Tablo B.33.

Standart B.11 ve B.12 tablolarıyla, sanayi, ticari ve altyapı tesislerinde talep karşılamanın uygulanma yöntemlerini tesisatın enerji verimliliği performansı açısından puanlar.

B.11’i ele aldığımızda;
•    a değeri talep karşılama uygulamasına dahil olan yüklerin toplam anma gücünü,
•    b değeri tesisatın toplam anma gücünü,
•    Rd değeri ise talep karşılamaya dâhil olan yüklerin toplam gücünün, tesisatın toplam gücüne oranını ifade eder.
•    Rd değeri ne kadar yüksekse, yani; talep karşılama için enerji yönetim sistemine dâhil edilen yük ne kadar fazlaysa standart tesisatın enerji verimliliği performansını o kadar iyi olarak değerlendirir ve puanlamayı buna göre yapar.
•    Her üç tipteki tesis (sanayi, ticari ve altyapı) için de aynı puanlama sistemi uygulanmıştır.
•    Birlikte örnek puanlama yaparsak: örnek-1 için; tesisatın toplam gücü (b) 3.200 kW, talep karşılamaya dâhil olan yükün gücü (a) ise 1.800 kW olsun. Bu durumda ax100/b sonucu 56,25 çıkar. 56,25 sonucunun tablodaki yerine baktığımızda standart bu uygulamayı Tablo B.11'e göre   5 puanla ödüllendirir.
•    Örnek-2 için ise; aynı tesiste talep karşılamaya dâhil olan yükün gücü (a) 300 kW olsun. Bu durumda ax100/b sonucu 9,37 çıkar. Standart bu uygulamaya puan vermez.

B.12 ise;
yük atma sürecinde yükün enerjili olarak desteklenme süresinin kapasitesini puanlar. Daha açık bir ifadeyle atılması gereken yükün ne kadar süreyle kesintiye uğramadan beslenebileceğine bakmaktadır. Burada standart her tip tesis için yük atma modeline dâhil olan toplam yükün yarısının 10 dakika veya üzerinde desteklenebilmesini bekler. Bu beklenen ideal durum 1 puan olarak değerlendirilirken, 10 dakikanın altındaki uygulamalara puan verilmez.

Yukarıdaki örnek-1 modeli üzerinden puanlamayı modellersek; standart bu tabloda 1 puanlık değerlendirme için tasarımda 900 kW (1.800kW.%50) gücün yük atma sırasında 10 dakika ve üzerinde bir süre boyunca beslenebilmesini bekler.

B.33’ü incelersek;
•    Hesaplama yöntemi B.11 ile tamamen aynı olmakla birlikte puanlama değerleri farklıdır ve bu puanlama yalnızca konut tesislerinde kullanılmak üzere belirlenmiştir.
•    Örnek puanlama yaparsak: örnek-1 için; tesisatın toplam gücü (b) 7.000 W, talep karşılamaya dâhil olan yükün gücü (a) ise 6.000 W olsun. Bu durumda ax100/b sonucu 85,71 çıkar. 85,71 sonucunun tablodaki yerine baktığımızda standart bu uygulamayı 16 puanla ödüllendirir.
•    Örnek-2 için ise; aynı tesiste talep karşılamaya dâhil olan yükün gücü (a) 1.200 W olsun. Bu durumda ax100/b sonucu 17,14 çıkar. Standart bu uygulamayı 4 puan olarak değerlendirir.

SONUÇ

Elimizdeki bulgular sonucunda standardın Talep Karşılama uygulamasını özellikle Konut projeleri için önemli bir performans göstergesi olarak ön plana çıkardığını rahatlıkla söyleyebiliriz. Bu nedenle nihai değerlendirmemize konut uygulamalarıyla başlamamız uygun olacaktır.

Eğer tasarlanan tesisat bir konut mahalli içinse standart yaklaşımı açısından tasarımcının Talep Karşılama’yı dikkatle ele alınması gerektiği açıktır. Konutlar için Talep Karşılama beklentisi azami %80 iken bu performansın karşılığı 16 puandır. Bu beklenti sanayi, ticari ve altyapı tesisleri için %40’a düşerken puanlama ise 5 ile sınırlanmıştır.

Yalnızca puanlamanın tasarımlarımızda bize yol göstermesi mümkün değildir. Standart konut tesisat tasarımlarında Talep Karşılama’ya dâhil olacak yüklerin seçilmesi, sınıflandırılması ve senaryolarıyla ilgili birçok yerde bazı göstergeler sunmuştur. Bu göstergeler ipuçları halinde olsa bile bu yazıyı okuyan siz değerli okurlarımız için daha açık hale gelmiş durumdadır.

Standart talep karşılama ve yük atma tanımlarını ve işlevlerini birlikte değerlendirir ve yük atmayı tanımlarken değişken zamana göre kontrol kabiliyeti ifadesi tasarımlarımızı şekillendirmesi açısından önemlidir. Standart burada yük atmanın gerçek zaman kontrollü olması ve enerji yönetim sistemi tarafından istendiği zamanda talep karşılama dâhilinde olan istenen yükün veya yüklerin kontrol edilmesi gerektiğini belirtir. Konutlar açısından düşünüldüğünde zamana göre fiyatlandırma birçok ülkede ve bölgede benimsenmiş önemli bir enerji tasarruf ve verimlilik yöntemidir.

Konutlar açısından sonuçlarımızı ele almaya devam edelim. Yine standardın tasarımlarımıza yön veren en önemli bölümlerinden biri olan 7. bölümde (bölgelerin, kullanımların ve grupların belirlenmesi) Talep Karşılama zamana göre fiyatlandırma, arz sınırlandırılması ve gerçek zaman eğrileri olarak üç yöntemle birlikte tanımlanmıştır. Bu tanımların yanında yenilebilir enerjinin Talep Karşılama’yla birlikte kullanımına da dikkat çekilmiştir. Tanımlanan bu yöntemlerin doğru bir şekilde uygulanabilmesi için en kritik aşama: bölgeler, kullanımlar ve ölçüm gruplarına göre tanımlanan yüklerin; aynı zamanda, zamana göre fiyatlandırma, arz sınırlandırılması ve gerçek zaman eğrileri yöntemleriyle nasıl bütünleştirileceğinin planlanmasıdır. Bu aşamada tasarımcının yapacağı doğru planlama ve akabindeki tasarım, sorunsuz ve verimli bir Talep Karşılama uygulamasını garanti edecektir.

Tüm bu doğru planlamanın yanında yenilenebilir enerji kaynağının tesisata eklenebilmesi zamana göre fiyatlandırma, arz sınırlandırılması ve gerçek zaman eğrileri yöntemlerine farklı bir boyut kazandıracaktır. Böyle bir tasarımda enerji arzı kabiliyetine sahip bir tesisat ortaya çıkmaktadır. Bu da bizi standartta 8. bölüme götürür. 8. Bölümde çok-kaynaklı tedarik yönetimi: şebeke, yerel elektrik üretimi ve depolama tanımı karşımıza çıkar. Standart bu bölümde enerji verimliliğini en iyi hale getirmek için çok kaynaklı tedarik yöntemlerinin azami bir şekilde uygulanması gerektiğini belirtir. Standardın tasarımcı tarafındaki beklentisi çoklu tedarik yönetiminin enerji yönetim sistemi tarafından, doğru seçilmiş kontrol ve anahtarlama  donanımı ile yapılması gerekliliğidir.

Standardın yaklaşımı açısından konut tesisatları için yer verdiğimiz değerlendirme sonuçlarının birçoğu sanayi, ticari ve altyapı tesisatları için de geçerlidir. Standart uygulamalar arasındaki farkları açıkça belirtmese de bize yol gösterecek ipuçları bırakmıştır.

Sanayi, ticari ve altyapı tesisatları için puanlama tablosunu ele aldığımızda standart Talep Karşılama dâhil olacak yükler için beklentisi konut tesisatları kadar yüksek değildir. Aynı zamanda ortaya konan teşvikte –yani puanlama- konut bölümünün oldukça altındadır. Sanayi, ticari ve altyapı tesisatlarının gücünü ve kritik yüklerinin çokluğunu göz önüne aldığımızda bu yaklaşım oldukça mantıklıdır. Bu büyük güçlerde yapılacak yüksek orandaki talep değişimleri –yük atımları- şebeke arzında süreklilik ve kalite sorunlarına yol açabilir. Tüm bu koşullar düşünüldüğünde Talep Karşılama’nın sanayi, ticari ve altyapı tesisleri için daha sınırlı tutulması anlaşılır bir durumdur.

Sanayi, ticari ve altyapı tesisleri için dikkat çekeceğimiz son husus ise Tablo B.11 ile puanlanan Talep Karşılama süresidir. Burada yük atma sürecinde yükün enerjili olarak desteklenme süresi puanlanır. Standart Talep Karşılama uygulaması esnasında kritik yüklerin kesintisiz beslenebilmesi ve aynı zamanda şebeke arzında oluşabilecek değişikliklere tesisatın doğru ve sürekli şekilde yanıt verebilmesi adına Talep Karşılama’ya dâhil olan yüklerin yarısının 10 dakika ve üzerinde bir süreyle beslenebilmesini Tablo B.11 ile teşvik eder. Böylece, Talep Karşılama’ya dâhil olan yüklerin en yarısını 10 dakika ve üzerinde süre boyunca besleyebilecek kaynağın veya kaynakların tesisatta yer verilmesi gerekliliği ortaya konmaktadır. Bu kaynaklar kesintisiz güç kaynağı-batarya sistemleri, dizel jeneratör gibi geleneksel yöntemlerle sağlanabileceği gibi, güneş enerjisi sistemleri, depolama gibi yeni nesil kaynaklarda tercih edilebilir.

Siz değerli ETP okuyucuları, meslektaşlarımız ve sektör paydaşlarımız tarafından teknik yazı dizimizin bu bölümünün de keyifle okunduğunu ve faydalı bulunduğunu umuyoruz.