Hem konuya ısınmak hem de ilk yazıda biraz hızlı geçtiğimiz Şebeke 2.0 tanımını ve bizleri neler beklediğini biraz daha açmak için çok az geriye sararak başlayalım. İçinizde ilk yazı mı diyenler var ise buradan okuyabilirler.

Sosyal ve teknolojik gelişimimizin sonucu olarak artan enerji ihtiyacımızın karşılanabilmesi için enerjinin herkes tarafından erişilebilir, güvenilir ve sürdürülebilir olması gerekiyor. Halbuki dünya nüfusunun % 53’ünün elektriğe erişimi kısıtlı, 1.2 milyar insanın hiç erişimi yok, 2.8 milyar insan ise ısınmak veya yemek yapmak için hala odun vb. biokütle yakıtları kullanmaktadır (SE4All Report, The World Bak). Bu durum yeni bir paradigmayı zorunlu kılıyor: elektrik enerjisinin üretimi, iletilmesi, depolanması ve tedariğinde yeni bir sürecin gerekliliği.

Yeni bir dönem: Dağıtık sistemler

Bu sürecin ruhu da merkezden lokale, analogdan sayısala, hantal ve büyük yapılardan daha küçük ve hafife doğru dönüşüm olmaktadır. Gelişmiş ülkelerdeki elektrik altyapılarının ekonomik ömürlerini doldurmaya başlaması, gelişen ülkelerde ise geleneksel merkezci yaklaşımın yüksek maliyetinin karşılanamaması ve daha hızlı-ekonomik çözümlere ihtiyaç olması, yıkıcı (distruptive) bir dönüşümü hemen bugün zorunlu kılmaktadır. Kuşkusuz bu sürecin anahtarı, elektrik şebekesinin yapısından işletilmesine tüm süreçleri yıkacak olan, benim de sıkça kullanacağım, “dağıtık” kelimesi olacaktır.

(Kaynak: https://enosi.io)

Yukarıdaki görsel bizleri bekleyen Şebeke 2.0 yapısını göstermektedir: Dağıtım şebekeleri, merkezi ve hantal bir yapıdan dağıtık ve birbirleri ile sürekli etkileşim halinde olan paydaşların olduğu yeni bir şebeke yapısına doğru evrilmektedir. Enerjinin ve verinin, esnek ve kolay biçimde hemen bütün paydaşlar arasında paylaşılabildiği bir dönüşümün başlangıcını yaşıyoruz.

İlkokul çağında birçoğumuzun okuduğu Küçük Prens’in yazarı Antoine de Saint Éxupéry’in çok güzel bir ifadesi var: “Senin işin/görevin geleceği öngörmek değil, onu mümkün kılmak.”

Bizleri bekleyen bu geleceğe doğru yol alırken onu nasıl mümkün kılacağımızı konuşmamız, tartışmamız ve planlamamız gerekiyor. Sonuçta su akıp elbette yolunu bulacaktır; ancak neye rağmen, hangi maliyetlerle ve hangi sürede…

Ülke olarak zaman kaybetmememiz gereken bir dönemdeyiz, ve bu nedenle bence iyi yaptığımız işlerden birisi olan teknolojinin uyarlanması/uygulanması noktasında daha hedef odaklı ve planlı gitmemiz gerektiğini düşünüyorum. Bu sebepledir ki bu dönüşümün önündeki en temel bariyer olabilecek elektrik dağıtım şebekelerinin dönüşümünü de bugünden planlanmalıyız. Bunu yapabilmek için ise bizleri bekleyen problemleri iyi anlamamız ve buna dair çözümleri (mühendisliğin gereği olarak doğru ve ekonomik çözümleri) şimdiden belirli bir plan çerçevesinde uygulamamız gerekiyor.

Bu nedenle temel sorumuz; yukarıda görselleştirdiğimiz dağıtık şebeke yapısında özellikle elektrik dağıtım şirketlerini bekleyen problemler nelerdir?

Dağıtım şebekeleri önemini yitirecek mi?

Öncelikle, bu sektörde çalışan birisi olarak, bir konunun altını çizmemiz gerektiğini düşünüyorum. Sonuçta her ne kadar bizleri dağıtık ve esnek sistemler bekliyor olsa bile en sonunda üretilen elektrik enerjisinin dağıtımı için fiziksel bir altyapıya, yani dağıtım şebekesine, ihtiyacımız olmaya devam edecek; ve bu elektrik şebekesinin sınırları, yetersizlikleri ya da esnekliği bizim de ne ölçüde esnek olacağımızı belirleyecektir.

Çok basit bir örnek verirsek: Bir dağıtım trafosundan beslenen herhangi bir bölgedeki tüm evlerin çatılarına FV panel kurması teknik bazı kısıtlar (trafo/hat kapasitesi, gerilim yükselmesi veya reaktif güç akışı gibi) ile mümkün olamayabilecek. Bu nedenle yukarıdaki soruyu cevaplamaya öncelikle altyapısal problemlerden başlayabiliriz.

Dağıtık üretimlerin etkisi – “Duck Curve”

Teknolojik gelişmeler ve ekipman fiyatlarındaki aşağı yönlü eğilim önümüzdeki dönemde en yaygın dağıtık üretim kaynağının güneş enerjisi olacağını göstermektedir. Bugün bile LCOE (Levelized Cost of Energy) olarak en düşük maliyetli enerji kaynağı güneş enerjisilarak ifade edilmektedir (US Departmen of Energy Report). Dağıtık üretimlerin artması ile birlikte beklenen ilk problem, geleneksel olarak tek yönlü enerji akışına göre tasarlanmış sistemlerde çift yönlü enerji akışında yaşanacak kısıtlılıklar ve teknik kalite problemleri olacaktır. Sistemin geneli açısından bakıldığında enerjinin üretildiği yerde tüketilmesi toplam sistem verimliliği açısından muazzam bir iyileşme sağlayacak, merkezi santrallerde üretilen enerjinin uzun iletim ve dağıtım hatları ile taşınması sırasında oluşan teknik kayıplar, günün belirli saatleri, için büyük oranda azalacaktır.

Evet, bu cümledeki anahtar kelimemiz “günün belirli saatleri”.

Güneş enerjisinin ışınıma bağlı üretim eğrisinin etkisi ve dağıtık üretimlerin yaygınlaşması ile birlikte, günün belirli saatlerinde üretim-tüketim arasındaki fark kapanmakta ve geleneksel yük eğrisi şekil değiştirerek “duck curve” dediğimiz aşağıdaki gibi bir şekil almaktadır. Dağıtık üretimler ülkemizde yaygınlaşmamış olsa bile lisanssız projelerin ülkemizde MW ölçeğinde uygulanmaya başlanmış olması (birçok ülkedeki uygulamanın tersine), yük eğrisinin belirli dağıtım bölgelerinde bugünden değişmesine sebep olmaktadır.

(Kaynak: https://www.caiso.com)

Gerilim regülasyonu problemi

Eğrinin bu şekilde değişmesi, öncelikle enerjinin son kullanıcı noktasında tüketilmesine odaklanmış ve buna göre tasarlanmış şebekelerde çok temel olarak gerilim regülasyonu problemlerini beraberinde getirmektedir. Çünkü puant saatler dediğimiz zaman diliminde (17:00-22:00) ışınımın olmaması ve talebin yükselmesi sistemdeki bütün gerilim regülasyonunu sağlayan trafoların buna göre ayarlanmasını gerektirirken; gündüz güneş enerjisinden elde edilen üretimle toplam talep azalacak (hatta şebekeye doğru enerji akışı başlayacak) ve sistemin genelinde bir gerilim yükselmesi problemi ortaya çıkacaktır. Gündüz gerilimlerin yükselmesi, akşam saatlerinde ise düşümü şeklinde yaşanacak olan gerilim regülasyonu probleminin çözümü, gerek iletim gerekse dağıtım şirketlerinin baş etmesi gereken en temel başlıklarından birisi olacaktır. Diğer taraftan belirli bölgelerde oldaklanmış üretim tesislerinin bulunması, bulutluluk vb. kaynaklı olmak üzere üretimlerin gün içerisinde de hızlı değişmesine ve en önemlisi önceden kestirilememesine sebep olacaktır. Bunun için de bugünden yeni yatırımların veya iyileştirmelerin bu problemin çözümünü dikkate alan bir bakış açısı ile yapılması kaynakların verimli kullanılması açısından da çok önemli olacaktır.

Tipik Gerilim Profili

Depolama bir çözüm olabilir mi?

Burada yükselen bazı itirazlar olabilir: “Duck curve” depolama vb. teknolojiler ile iyileştirilebilir hatta çok daha iyi hale getirilebilir. Evet, depolama konusu konuşacağımız başlıklardan birisi ancak gelir seviyesi olarak bizden çok önde olan ülkelere bile baktığımızda gelişimin bu şeklide olmadığını görebilmekteyiz. Bu konuda çok önde olan Avustralya’dan bir örnek vermemiz gerekirse; 2017 sonu itibariyle yaklaşık 2 Milyon çatıda FV panel kurulmuş ve bunların toplam kurulu gücü 6 GW seviyesini geçmiş durumda. Halbuki 2018 yılı sonu itibariyle kurulmuş olacak dağıtık depolama sistemlerinin sayısı 33 bin olarak öngörülüyor. Özetle, depolama sistemleri ile FV sistemlerin kurulumu arasındaki faz farkının, yukarıda belirttiğimiz yük profili ve gerilim regülasyonu problemlerinin yaşanmasına neden olma ihtimali çok yüksek görünmektedir.

Dağıtık çözümlerin uygulanmasında temel problem: Kaynak

Gerilim regülasyonu problemi başta olmak üzere dağıtık üretimlerin yaygınlaşmasından kaynaklı problemlerin elektrik dağıtım sisteminin güvenilir biçimde işletilmesi açısından problem teşkil etmeye başladığı durumda, uygulanacak çözümlerin de probleme paralel olarak dağıtık biçimde ve genelde dağıtım sisteminde hayata geçirilmesini gerekli kılacaktır. İşte bu noktada, Şebeke 2.0 olarak adlandırdığımız yapı vücut bulmuş olacak ve sadece enerjinin değil verinin ve bilginin de çok yönlü aktığı, akıllı sistemler ile mevcut varlıkların çok daha verimli kullanılarak problemlerin en aza indirildiği bir yapıyı da beraberinde getirecektir.

Burada altını çizmemiz gereken en temel husus, çözümlerin de dağıtık yapıda olmasıdır. Dağıtım sistemi gibi geniş ve çok fazla varlığın (trafo, hat, tüketim noktası) olduğu bir sistemde dağıtık çözümler, çok fazla noktada yeni veya ek yatırımlar demek olacaktır. Elbette bu da zaman, insan ve bütçe açısından kaynak problemleri doğuracaktır. Bunun önüne geçilebilmesi için en ekonomik yol, bilgi teknolojilerinin en üst seviyede ve mevcut ya da yeni tesis edilecek tüm varlıkların da daha verimli olarak kullanılması olacaktır. Bu varlıkların içerisine tüketicilerin tesis edeceği FV ve depolama sistemlerinin de entegre edilmesi, iki temel probleme çözüm sunacaktır: dağıtık sistemlerin gerekliliği ve yetersiz kaynak.

Reaktif Güç Kontrolü

Teknik kayıplar ve reaktif güç kontrolü

Gerilim regülasyonu dışında diğer öne çıkacak problem (gerilimi de dolaylı olarak etkileyecek) ise reaktif güç akışı ve bundan kaynaklı teknik kayıplar olacaktır. Aktif güç talebinin çok düştüğü durumlarda, reaktif güç talebinin hala var olması sebebiyle, dağıtım şebekesindeki reaktif güç bileşeninden kaynaklı kayıplar, aktif güç kaynaklı teknik kayıpların önüne geçebilecektir. Özellikle uzun ve düşük kesitli hatlar ile beslenen noktalarda, reaktif güç akışından kaynaklı önemli bir verimlilik düşüşü olacaktır. Bunun önüne geçebilmek için en doğru yöntem, reaktif gücün ihtiyaç olduğu tüketim noktasında karşılanmasıdır. Mevcut mevzuatta mesken aboneleri için zorunlu olmayan reaktif güç kompanzasyonu, zaman içerisinde bir zorunluluk haline gelebilecektir. Bu da maalesef son kullanıcılar için ek yatırım demek olacaktır. Bu noktada da eldeki varlıkların (özellikle FV sistemler) etkin kullanılabilmesi,  ek ve aslında atıl yatırımların önüne geçecektir. Çatı üstlerine kurulacak FV sistemlerin ihtiyaç duyulduğunda birer reaktif güç kompanzasyon sistemi gibi kullanılabilmesi, hem reaktif güç akışı kaynaklı teknik kayıplar hem de ek yatırım problemlerinin çözülmesini sağlayacaktır.

Bugünden yapmamız gerekenler

Yukarıda kısaca anlatmaya çalıştığım senaryolardan özetle;

Geleneksel olarak tek yönlü yük akışına göre tasarlanmış ve o şekilde işletilen dağıtım sistemlerinde, dağıtık üretimlerin artması ile birlikte yük akışı çift yönlü olacak ve bu da beraberinde gerilim regülasyonu, reaktif güç akışı ve ilave teknik kayıplar başta olmak üzere sistemin işletilememesi noktasına varacak problemlerin ortaya çıkmasına yol açacaktır. Bu problemlerin çözümünde uygulanacak sistemler de dağıtık bir yapıda olacak ve önemli bir kaynak ihtiyacını beraberinde getirecektir. Bu sebeple, eldeki kaynakları en verimli biçimde kullanmak ve bilgi teknolojileri ile işletmeyi en iyi birleştiren sistemlere yatırım yapmak gerekmektedir. Dağıtım şirketlerinin, elektrik dağıtım sistemi içerisindeki FV üretim, depolama, elektrikli araç ve şarj istasyonu gibi IT-OT entegrasyonuna müsait varlıkları yönetebilmeleri; bugünden bu sistemlerin ihtiyacı olan teknik gereksinimleri belirleyip son kullanıcıların yatırım aşamasında doğru tercihler yapmalarını sağlamaları büyük önem taşımaktadır. Bu nedenle de bir süre sonra sürekli etkileşimde olacak paydaşlar olarak dağıtım şirketleri ile “prosumer” (üreten tüketici) olarak ifade edeceğimiz son kullanıcıların bu etkileşimi mümkün kılacak adımları da şimdiden birlikte atmaları gerekmektedir.

Alper Terciyanlı, Ph.D.
Endoks Enerji

No comments yet.

Leave a comment

Your email address will not be published.