Yenilenebilir Enerjilerin Şebekeye Entegrasyonu ve Depolama
"Geleceğin Şebekeleri ve Olası Zorluklar"
Bölüm-2

Avni Gündüz
 

[Yayım Tarihi: 24 Ekim 2025] 

Enerji Kalitesi Nasıl Sağlanır?

Üretilen her türlü mal ve hizmet sonunda yaşamımıza fayda sağlamak ve kolaylaştırmak içindir. Enerji olmazsa olmazımız olduğundan, kullandığımız ev aletlerinden sanayideki motorlara ve ulaştırmaya kadar kesintisiz ve kaliteli olmalıdır. Özellikle sıfır karbon hedefi göz önüne alındığında önümüzdeki süreçte her alanda elektriklendirmeye gidileceği düşünüldüğünde.

Kaliteli enerji ile elektrik enerjisinin gerilimin frekansı, genliği, dalga şekli ve faz simetrisi açısından standartlar ile kabul edilebilir sınırlar içerisinde tanımlanan şekilde üretimi, iletimi ve dağıtımı hedeflenmektedir. Enerji kalitesi EN 50160 standardında belirlenen ölçme, izleme ve denetleme mekanizmasının oluşturulmasıyla kontrol altında tutulmaktadır. Günümüzde karbon ayak izinin belirlenmesinde ve verimlilik sağlanmasında bu kayıtlardan istifade edilmektedir.

Kalitesiz enerji kullanımı enerji kesintilerine, işletme sürekliliğini sağlayan kritik ekipmanlarda yaşanabilecek arızalara ve bunlara bağlı maliyetlerin artmasına, gereğinden büyük tesisatlar yapılmasına ve benzeri olumsuzluklara neden olmaktadır.

Enerji kalitesi bozukluklarında;

-    Gerilim düşmesi ve kesintisi 

-    Harmonikler ve iç harmonikler, 

-    Geçici güç frekanslı aşırı gerilimler, 

-    Dalgalanma, 

-    Geçici aşırı gerilimler, 

-    Gerilim dalgalanmaları, 

-    Gerilim dengesizlikleri, 

-    Güç/frekans dalgalanmaları

meydana gelmektedir.

Çözümler;

Reaktif güç dengeleyicileri, UPS kullanımı, kısa devre gücünün attırılması, Koruma cihazların selektivite ayarlarının değiştirilmesi, Antiharmonik şok bobini, pasif ve aktif filtre, hibrid filtre, şok bobini, Kirletici yüklerin denetim altına alınması, Parafudr, yüklerin dengelenmesi ve benzeri teknik önlemler enerji kalitesinin bozulması halinde kullanılmaktadır.

Çözümleri teknik olarak bulunabildiği için elektrik enerjisi kalite problemleri işin başında önlem almakla giderilebilir. Bununla beraber yatırımlar pahalı olduğundan deneme yanılma yoluyla uygulanan ve/veya bilimsellikten uzak çözümlere de itibar edilmemelidir.


GELECEĞİN ŞEBEKELERİ

Önümüzde 2050 yılına kadar atmosferin ısısını sabit tutup karbon salımlarını azaltmak ve/veya sıfır karbon salımı hedefi dünya devletleri tarafından stratejik hedeflerine kondu. AB kendi içerisinde uygulayacağı direktiflere ithal edeceği ürünler için sınırda karbon vergisini 2026 yılında getiriyor. Fosil yakıtlardan çıkılarak temiz ve yenilenebilir enerjilere yönelmek mevcut elektrik şebekelerinin yapılarının değişmesini gerektiriyor.

Yenilenebilir enerji teknolojileri hızla geliştiğinden mevcutlar bile verimsiz olarak kabul edilebiliyor. Dolayısıyla detaylı programlarla değişim ve dönüşüm yapılmalıdır. Standart ve yönetmeliklerin hızla yetersiz kaldığı bir durumda mevzuat yaratmakta da sıkıntılar yaşanıyor. Bütün bu belirsizliklere rağmen hızla yenilenebilir enerji kaynaklarına yapılan yatırımlar artmaktadır. 

Yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonunda yaşanabilecek olası teknik sorunların yanısıra İspanya örneğinde görüldüğü üzere şebekelerde ani yük değişikliğinde atalet sağlanamamıştır. Sistem bütün olarak çökmüştür ve toparlanması uzun saatler almıştır. Ekonomik ve sosyal yaşamda büyük zararlar oluşmuştur.

Çözüm olarak daha küçük ölçekte mikro şebeke ağları yaratarak bu şebekelerin kendi kendine yeterli üretim ve depolama imkanlarının sağlandığı ve enterkonnekte şebekeye bağlı olduğu sürece enerji alışverişinin yapılabildiği bir şebeke önerilmektedir.

Elektrik sistemi, üretim, İletim ve Dağıtım olarak aşağıdaki şekle uygun olarak düşünülebilir. İletim şebekesi vasıtasıyla şebekeye enerji verilmesi, tüketim ve üretimin aynı anda dengelenmesi, yük değişikliklerine karşı ani tepki verebilecek şekilde donatılması, elektriksel ve siber saldırılara karşı korumalı, esnekliği sağlanmış bir sistem.

 

Geleceğin (Akıllı) Şebekeleri
 

 
Olası Sorunlar:

Elektrik sistemi, üretim, İletim ve Dağıtım olarak düşünüldüğünde her bir bölüm aslında karmaşık ve teknik zorlukları olan bir sistemdir. Temel amaç üretim ve tüketimi dengelemek, bunu yaparken de gerilim ve frekansı belirli aralıklarda tutmak ve kesintisiz olarak enerji temin etmektir.

Senkron generatörler sistem stabilitesini yüksek tutarlar. Şebeke kararlılığında etkileri çoktur. Bununla beraber fosil yakıtlardan çıkma hedefi bu santralların gücünü oran olarak düşürdüğünden sistem kararlılığı riskli duruma gelmektedir. En son örneği 28 nisanda İspanya’da meydana gelen sistem çökmesidir. 

Fosil yakıtlardan çıkarak yenilenebilir kaynakları çoğaltmak ve bunları şebekeye entegre etmek mevcut şebeke işletme modellerinde yetersiz kılıyor. Devamlılığı, verimliliği ve eşitliği sağlamak için gelişmiş iletişim ve işletme modellerine geçmeyi, ani değişikliklere cevap verebilecek daha dinamik bir ağ tesis etmek gerekiyor. Çünkü hem yenilenebilir enerji santralları hem de talep tarafı (tüketiciler) değişken olup stabiliteyi zorlamaktadır. Elektrik iletim ve dağıtım şebekelerinin eski olması, enerjinin üretimden tüketim noktalarına doğru bir akışı varken bu defa enerji her yönden şebekeye girmektedir.

Aşağıda şebekede oluşabilecek sorunlar bulunmaktadır:

A-    Mevcut Şebekeye Entegrasyonu Sırasında

► Ataletin azalması

►Talep eğrisinin değiştirilmesi

►Gerilim Kontrolu’nun Zorluğu 

►Frekans değişim oranının artması

►Kontrol Etkileşimleri – Zararlı Salınımlar

►Arıza Temizlenmesi (Geçişi)

►Reaktif güç kabiliyeti ve ilgili mevzuattaki gereklilikleri

►Batarya Enerji Depolama Sistemi (BESS) sisteme reaktif güç kapasitesi katkısı
“Herhangi bir üretim tesisinin iletim ve dağıtım şebekelerine bağlanması, ilgili yönetmelikte belirtilen minimum reaktif güç kapasitesi gereksinimlerine uygunluğu gerektirir. İkinci olarak, YE bağlantılarının artmasıyla birlikte gün boyunca büyük ölçüde değişen gerilim profilleri olacaktır”

►Frekans Tepkisi

 ►Güç Kalitesi – Harmonikler
 “Harmoniklerin Olası Etkileri: Sistemde bu tür kalıcı harmonik bozulmanın varlığı birkaç zorluk yaratır. Ana sorun, bu harmonik bozulmaların, kablolar, transformatörler, kapasitör bankları vb. gibi çeşitli tesislerde ısınma şeklinde dağılan bir enerjiye sahip olmasıdır. Şekil hasarlı bir kapasitör bankını göstermektedir. İkinci konu ise harmoniklerin varlığı koruma cihazları veya yüksek hassasiyetli ölçüm cihazları için iyi olmaması yani yanlış çalışmaya neden olabilmeleridir.”

B- Depolama Sistemleri Devreye Girince

- Ana sistem bileşenlerinin sermaye maliyeti; yani depolama sistemleri, dönüştürücü, kontrol sistemleri, mekanik sistemler, soğutma ve çevre kontrolü, vb.

- Çözümün ayak izi, iç mekân, dış mekân ve özel yapı gereksinimleri, vb.

- İşletme ve bakım maliyetleri

- Güç kayıpları ve eşdeğer maliyet

- Kullanım modu ve teknik özellikler


C- İşletmelerin Çözmesi Gereken Sorunlar

Elektriğe her zamankinden daha fazla ihtiyaç var. Hükümetler ve yerel idareler iklim değişikliği sorununa nasıl yaklaşmalı? Zorlukların üstesinden nasıl gelinecek? Çünkü bu çalışmalar tüm kesimleri kapsayan bir sorun. Elektrik şebekesi işletmecisi kendi enerjisini üreten ve satabilen müşterilerle teknik ve mevzuat olarak nasıl sistemi yönetebilir? 

Şebeke güçlendirmelerinin yapılması enerji sektörünün de bu süreçte net sıfır karbon salımına ne kadar hızlı ulaşabileceğine bağlı. Şebeke güçlendirmesi eşzamanlı yapılabilir mi? Öncelikli alanlar ne olacaktır? (Örneğin Ulaştırma sektörü mü?)

Özetle, Şebeke İşletmecisi sürekli olarak teçhizat ve personel olarak kendisini yenilemek ve aşağıdaki konularda yenilikçi çözümler üretmek zorunda kalacaktır.

•    Esneklik

•    Şebeke Altyapısını güçlendirme ve Altyapı Planlaması 

•    Güvenilirlik 

•    İklim Değişikliği/Hava Olayları etkisi

•    Havai Hat’ta karşı Yeraltı Şebekesi 

•    Güvenlik – Siber ve Fiziksel 

•    Politika oluşturulması

•    İşletme ve bakım yönetim kavramlarının yenilenmesi

•    Orman Yangını Azaltma, Bitki Yönetimi 

•    Güvenlik – Siber ve Fiziksel 

•    Ekipman Tedarik ve Tedarik Zinciri

Sonuç ve Öneriler:

Dünyamızda toplumlar hızla birbirinden ve olaylardan etkilenebiliyorlar. Ülkelerin politikaları jeopolitik hamlelerin ve savaşların yanısıra öncelikle hepimiz birden iklim değişikliği tehditleri altındayız. 

Gezegenin esas sorunu: Sanayinin kontrolsüz gelişimi ile fosil yakıtların üzerine kurulan enerji dengesi maalesef iklim değişikliğini, zamansız meteorolojik olayları, su krizini ve kuraklığını getirdi. Bunlar ise büyük bir göç dalgasına neden olmaktadır. Ne vahşi kapitalist davranışlardan kaçabiliyoruz ne de yaşam için gerekli enerji tedarikinden. Dolayısıyla her iki yönde farkındalığımızın artması birinci önceliğimiz. İç-Dış politika toplumu ilgilendirmeli ancak bu konuda ataletimiz çok ağır işlediğinden karar vericilere ulaşmakta zorlanıyoruz. Bununla beraber teknik olarak iş yapabilecek kurum ve kuruluşlarımız mevcut ve onların eşgüdüm içerisinde harekete geçirilmesi önemli.

Bu bağlamda öne çıkan çözüm önerileri aşağıdadır. 

-    Yenilenebilir Enerji alanında gelişmeler çok hızlı olduğundan regülasyonlar da zamanla sonradan oluşmaktadır. Eğitim kurumlarının bu alanda programlarını geliştirmeleri gereklidir. Enerji alanında iyi yetişmiş teknik ve akademik insan kaynaklarına olan ihtiyacımız büyüktür.

-    Daha kapasiteli, teknolojik üstünlüğü olan, verimli PV ve Rüzgâr santralları sürekli olarak geliştirildiğinden, yapılmış yatırımlar yetersiz kalabilmektedir. Yatırımları yönlendirebilecek resmi stratejik politikalar oluşturulmalı ve uygulanmalıdır. Sürekli değişen programlar ve yönetmelikler ile yatırımları sermayesi olanlara bırakmak verimliliği ve sürekliliği sağlamamaktadır.

-    Şebeke altyapılarının güçlendirilmesi gerekmektedir. Elektrik şebekelerinin eski olması yenilenebilir enerjilere dayalı elektrik şebekelerine, güçlendirmeye, akıllı olarak adlandırılan yapılara ve siber güvenlik önlemlerine yatırım yapmakla güçlenebilecektir. Bu yatırımlar pahalı altyapı yatırımları olduğundan kılı kırk yararak fakat zamanında ve uyumlu olarak yapılmalıdır.

-    Yenilenebilir enerjilerin entegrasyonu ile birlikte şebekeden alınan enerji kalitesinde düşüşler olacaktır. Bunlar gerilim, frekans ve harmonikler olarak karşımıza çıkmaktadır. Önlem alınması teknik olarak mümkün ancak projelendirme sürecinde atlanmaması gereken konulardır.

-   Yenilenebilir enerjilerin şebekeye entegrasyonunda kesikli karakterdeki bu enerji santrallarının şebeke güvenirliliğinde sorunları ortaya çıkmaktadır. Son İspanya örneğinde olduğu gibi ani yük düşmelerinde (arıza hallerinde) atalet sağlanamamakta ve sistem çökebilmektedir.

-    Depolama şimdilik takviye edici nitelikte gözükmekle birlikte daha küçük ve kendine yeterli mikro-şebekelerin planlanması uygun bir alternatif olarak gözükmektedir. Pil üretiminde kullanılan hammaddeler kritik özellik taşıdığı ve döngüsel ekonomi kavramıyla birlikte düşünülmesi gerekmektedir.

-    Zamanında kanunları çıkarıp yönetmeliklere dönüştürmekte geciktiğimizden sürekli olarak teknoloji ithal eder durumdayız. Pek çok yerli üretim ve Ar-Ge destekleri çıkmasına rağmen sonuç olarak teknoloji ithalatçısı görünümündeyiz. Sıkı bir teşvik politikası uygulanıp denetlenmeli ve sonuç alınmalıdır.

-    Siber güvenlik yaşamımıza her yönüyle girdiğinden sistemi ve yurttaşı koruyacak çalışmalar resmi uygulamalar geliştirilmelidir.

ENERJİ GEÇİŞİ SÜRDÜRÜLEBİLİR Mİ?

Karbonsuzlaştırmanın maliyet-faydaları ve tüketici faturası

Sürdürülebilir elektrifikasyonun hızlandırılması: Afrika kıtasında ekonomik ve sosyal kalkınmanın anahtarı

Tarihi şehir merkezlerinin aydınlatılması

Enerji Verimliliği Direktifinde ve ötesinde Enerji Denetimleri ve Enerji Yönetim sistemleri

Yenilenebilir Enerji Toplulukları (REC'ler): bölge için yeni fırsatlar.

Denizden yenilenebilir enerjinin büyümesi ve gelişmesi için açık deniz rüzgarına hizmet eden limanlar

Talep tarafı esnekliği: iletim ve dağıtım sistemi operatörleri için bir kaynak

Enerji teknolojilerinin sürdürülebilirliği: çevresel, ekonomik ve sosyal etkiler nelerdir? Biyolojik olmayan kökenli yenilenebilir yakıtlara odaklanma

Binaların yükseltilmesi ve işletmelerin karbonsuzlaştırılması süreci: devam eden geçişin zorlukları ve fırsatları

Enerji tasarruflarının ölçülmesi ve doğrulanması

Net Sıfır hedefi: binaların derinlemesine yenilenmesi için elektrifikasyon ve endüstrileşme

Sürdürülebilir AgriVoltaik: agriVoltaik tasarım, çevre ve manzara.