Akıllı Şebeke Nedir?

Akıllı şebeke (smart grid)mevcut elektrik iletim dağıtım şebekesinin 10-20 yıl sonraki şeklini ortaya çıkaracak teknolojileri, tasarım kavramlarını ve işletme pratiklerinin geneli tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Peki bugünkü şebekemizin durum nedir? Belki de akıllı şebekelerin (smart grids) en büyük getirisi (tabi bunu genel bir ifadeyle açıklayacak olursak) bugün elektrik sistemlerine yayılmış olan kaynakların en tetkin seviye de kullanımına olanak sağlayacak olmasıdır. Diğer bir deyişle akıllı şebekeler sayesinde bu kaynakların deyim yerindeyse suyu sıkılacaktır.

Elektrik şebekesi optimizasyonun getireceği faydalar oldukça aşikardır. Bunlar;

• Mevcut elektrik iletim dağıtım alt yapısından daha fazla fayda sağlanması böylece yeni üretim, iletim ve dağıtım yatırımlarının ihtiyaçlarının azaltılması,
• Elektrik enerjisinin son kullanıcıya iletimi maliyetlerinin düşürülmesi
• Elektrik enerjisinin son kullanıcıya daha güvenli bir şekilde ulaştırılması
• Kaynak kullanımın ve buna bağlı olarak karbondioksit(CO2) ve diğer zararlı salınımların azaltılması

Bunların hepsinin anlamı ekonomik ve fiziksel bakımdan verimliliktir. Peki elektrik şebekesinin verimi nasıl artırılabilir? Eskimiş ekipman nasıl yenilenebilir ve gelişen teknolojilerin gerektirdiği büyük çaplı yatırımlar nasıl yapılabilir? Kısacası şebekeyi daha iyi işletebilmek için neler yapılabilir?

Bir Elektrik Şebekesi İçin Verimlilik Ne Demektir?

Şebeke bazında verimlilik, özellikle güç iletim ve dağıtım sistemlerinin daha verimli hale gelmesinden elde edilecek kazançlar sektör çevreler dışında pek dikkate alınmaz. Şebeke verimliği denince akla gelen yegane şey hat kayıpları, yani üretim tesisinden evimize ulaşıncaya kadar meydana gelen kayıplardır. İletim dağıtım sistemlerindeki kayıplar en gelişmiş ülkelerde bile %6-%8 oranlarındadır.

Sadece 2006 yılında ABD elektrik sistemlerindeki toplam kayıp 1,638 milyar KWH olarak gerçekleştirmiştir. Bu miktarın 655 milyar KWH’lik kısmı dağıtım şebekesinde kaybolmuştur. Olaya bu rakamlar perspektifinde yaklaşırsak elektrik iletim dağıtım sisteminde gerçekleştirilecek %10 bir iyileştirme ABD ‘de 2006 rakamlarına göre 5,7 milyar Dolarlık bir tasarruf sağlayacaktır. Bu yolla ayrıca 42 milyon ton CO2 emisyonu önlemiş olacaktır.

Bu %10 hedefinin yakalanması da düşünüldüğü kadar zor değildir. Bu makalenin devamında da görebileceğiniz gibi çok büyük yatırımlar yapmadan da bu gün için büyük etkiler yaratabilecek teknolojiler mevcuttur. Bu teknolojileri ve önemleri uygulaması gerekenler de son kullanıcılar diğer elektrik sistem işletmecileridir. ABD elektrik enerjisi müşterilerinin %70’ine 210 adet sistem operatörünün hizmet ettiği düşünülürse, geliştirilmiş şebeke verimliliği müşterileri evrenin çok da büyük olmadığı anlaşılabilir. Bu rakamı bir de enerji verimliği için elektrik enerjisi kullanım alışkanlıklarını değiştirmesi gereken milyonlarla kıyaslarsak aradaki fark daha bariz bir şekilde karşımıza çıkar.

Hat Kayıplarını Azaltmak

Elektrik enerjisi iletim dağıtım sisteminin verimini arttırmak için iki seçenek vardır; tel kalınlarını arttırarak ya da daha kaliteli malzemeler kullanarak hat kayıplarını azaltabiliriz veya elektrik enerjisi akışının etkinliğini arttırabiliriz. İkinci kavramı açıklamak için teknik bir konunun açıklanması gerekir; aktif ve reaktif güç arasındaki fark .

Aktif gücü lambalarımızı yakmak, bilgisayar ve üretim hatlarımızı çalıştırmak için kullanırız. Aktif güç işi yapandır. Reaktif güç direkt olarak işin yapılmasını sağlamaz fakat elektrik iletkenlerinde yer işgal eder ve hatların ısınmasına sebep olur. Bir iletkenden ne kadar çok reaktif güç akarsa, aktif güce o kadar az yer kalır ve hattın verimi düşer. Bu yüzden elektrik enerjisinin akışını optimize edebilmek için reaktif güç akışını elimine etmemiz ya da en düşük seviyeye çekmemiz gerekir. Şebekeler önceden (bazı yerlerde hala devam ediyor)dağıtım trafoları yada fiderlere yerleştirdikleri kondansatör grupları ya da özel transformatörler aracılığıyla reaktif güç kontrolünü kendileri yapıyordu. Bu işleme Volt/Var denetimi ad verilir.

Geçmişte Volt/Var kontrol cihazları bir diğerinden ya da merkezi koordinasyondan bağımsız olarak otonom bir şekilde çalışıyordu. Bu yaklaşım fena çalışmıyordu ama bir cihazın bağımsız bir şekilde çalışması şebekenin başka noktasındaki cihaz için optimumdan daha düşük sonuçlar doğuruyordu. Bu da sistemin genelinde verimin azalmasına yol açıyordu.

Otomasyon ve veri iletişimdeki gelişmeler sistem işletimcilerine koordinasyonlu bir şekilde merkezi gerilim denetimi yapma imkanı sundu ve işletmeler yıllarca bu imkandan faydalandılar. Fakat bu sistemler gerçek zamanlı hesaplanmalara dayanan çözümleri hızlı bir şekilde sunmak zorundaydılar ve bu konuda bocaladılar. Fakat yeni teknolojiler ve günümüzün hızlı bilgisayarları Volt/Var optimizasyonu daha sağlıklı bir hale getirdiler.

VVO (Voltaj Var Optimizasyonun) yeni bir teknolojidir, ya periyodik olarak çalışır yada şebeke kontrol merkezi veya trafo merkezi otomasyon sisteminden yönlendirilir. Kondansatör grupları ve gerilim regülasyon transformatörleri için çift yönlü iletişim altyapısı ve uzaktan denetim özellikleri sayesinde VVO gerçek zamanlı verileri kullanarak enerji dağıtım verimini optimize edebilmektedir.

Buradaki asıl başarı hesaplamanın hızı ve yüksek doğruluğudur. VVO milyonlarca hatta milyarlarca olasılık arasından kullanıldığı gelişmiş algoritmalar sayesinde en uygun stratejisi belirleyebilmektedir. Sonuç; üretilmesi gereken enerji miktarını ve buna bağlı olarak açığa çıkan emisyonların azaltılmasını sağlayan verimlilik artışlarının yakalanmasıdır. VVO ayrıca şebekelere maliyetleri kontrol etme imkanı vermekte böylece şebekelerin .”Suyunun sıkılması” bir nebze gerçekleşebilmektedir.

Sırada Ne Var?

Günümüzde şebekelerin sadece verimini değil aynı zamanda güvenirliğini de arttırmayı amaçlayan bir çok uygulama hayata geçirilmektedir. Örneğin “hata belirleme, izolasyon, düzeltme (Fault Detection, Isolation and Restoration - FDIR)” şebekede ve yazılım uygulamalarında ilave bir çok yeni bileşene gereksinim duyar ve bu tip işlevsellikleri eklemek için elektrik şebekelerine farklı yaklaşımlar uygulanmaktadır. Aynı şekilde çatı solar PV kurulumları gibi çok sayıda dağıtılmış enerji kaynağı ile başa çıkabilmek için elektrik şebekesindeki birbiriyle ilişkili bu kadar çok sayıda üreteci yönetmek üzere sağlam algoritmalara gerek vardır.

Bütün bu uygulamalar için bir bileşenin hayati bir önemi vardır; iletişim. Elektrik şebeksinde birbiriyle alakasız uzak noktalar arasında yüksek miktarda veriyi taşımanın, dağıtılmış enerji üreteçlerinin sisteme geniş kapsamlı uyumunu ve müşteri memnuniyetini sağlayacak uygulamaların yürütülmesinde kilit bir rolü vardır. Tabi ki bu konuda bir çok meydan okuma mevcuttur; standartlar ve birlikte işlerlik, güvenlik ve adı çok geçmese de maliyet gibi. Bunların yanında uzun dönemli faydalar ise ikna edicidir. VVO güç sistemlerini aynı anda hem daha güvenilir, hem daha verimli ve ekonomik hale getirecek bir devrimin sadece başlangıcıdır.