21. YÜZYILIN GÜÇ DAĞITIM YÖNTEMİ AKILLI ŞEBEKELER · tesisleri, elektrik enerjisine ihtiyaç duyan konut veya sis-temlere yakın kurulurdu. Bunun sonucunda çok sayıda birbirinden

T R E N D A N A L İ Z İ M A R T 2 0 1 8

121. YÜZYILIN GÜÇ DAĞITIM YÖNTEMİ: AKILLI ŞEBEKELERTREND ANALİZİ MART 2018

21. YÜZYILIN GÜÇ DAĞITIM YÖNTEMİ AKILLI ŞEBEKELER


2 21. YÜZYILIN GÜÇ DAĞITIM YÖNTEMİ: AKILLI ŞEBEKELER

İşbu eserde/internet sitesinde yer alan veriler/bilgiler, yalnızca bilgi amaçlı olup, bu eser/internet sitesinde bulunan veriler/bilgiler tavsiye, reklam ya da iş geliştirme amacına yönelik değildir. STM Savunma Teknolojileri Mühendislik ve Ticaret A.Ş. işbu eserde/internet sitesinde sunulan veri-lerin/bilgilerin içeriği, güncelliği ya da doğruluğu konusunda herhangi bir taahhüde girmemekte, kullanıcı veya üçüncü kişilerin bu eserde/internet sitesinde yer alan verilere/bilgilere dayanarak gerçekleştirecekleri eylemlerden ötürü sorumluluk kabul etmemektedir. Bu eserde/internet sitesinde yer alan bilgilerin her türlü hakkı STM Savunma Teknolojileri Mühendislik ve Ticaret A.Ş’ye aittir. Yazılı izin olmaksızın eserde/ internet sitesinde yer alan bilgi, yazı, ifadenin bir kısmı veya tamamı, herhangi bir ortamda hiçbir şekilde yayımlanamaz, çoğaltılamaz, işlenemez.


321. YÜZYILIN GÜÇ DAĞITIM YÖNTEMİ: AKILLI ŞEBEKELER

Enerjinin günlük hayatta evlerde, fabrikalarda kullanıla-bilmesi için belli yöntemlerle üretilip ihtiyaç noktalarına iletilmesi gerekir. Elektrik enerjisinden önce bunun için mekanik, hidrolik, pnömatik gibi yöntemler ile gücün bir yerden bir başka yere iletimi sağlanmaktaydı. Elektrik gücünün kullanılmasının yaygınlaşması ise 1882 yılında Edison’un New York Pearl Sokağı’nda ilk elektrik güç dağıtım sistemini çalıştırması ile başlamıştır. 110 Voltluk doğru akım sistemi 85 tane kullanıcının 400 adet ampu-lünü yakmak için kullanılmıştı. Dünyanın bu ilk şebekesi-nin başarılı olmasının ardından sisteme üç adet daha je-neratör eklenmiş ve 508 kullanıcıyla beraber yaklaşık 10 bin adet ampul yanar olmuştu. Başlarda elektrik üretim tesisleri, elektrik enerjisine ihtiyaç duyan konut veya sis-temlere yakın kurulurdu. Bunun sonucunda çok sayıda birbirinden bağımsız küçük elektrik şebekesi ortaya çık-tı. Daha sonra Tesla ve Westinghouse’un alternatif akım üzerine yaptıkları çalışmalar sonucunda yüksek voltajlı elektriğin ekonomik ve etkin bir şekilde uzun mesafelere iletimi mümkün hale geldi[1]. Böylece artan kullanıcı sa-yısıyla büyüyen elektrik ihtiyacını karşılayabilecek büyük ve yaygın şebekeler oluşmaya başladı.

Elektrik şebekesi yapısı temel olarak şu unsurlardan oluşur:

Üretim santrali: Santral; su kaynaklarından, fosil ya-kıtların yanmasından, yenilenebilir enerji kaynakların-dan veya nükleer enerjiden elektrik üretir.

İletim hatları: Üretilen elektriğin voltajı, yükseltici tra-folar sayesinde çok yüksek değerlere çıkarılarak ile-tim hatları üzerinden iletilir.

M.Ö. 2700’lü yıllarda yılan balığının varlığını keşfeden insanoğlu bununla aslında elektriği de keşfetmiş oldu. Bu ilginç balıktan Romalı, Arap ve Antik Yunan bilim in-sanlarının çalışmalarında da söz edilir. Elektrikle ilgili ilk ciddi gözlemi M.Ö. 600’lü yıllarda Thales yapmıştır; Tha-les, kehribarın bir kürke sürtüldükten sonra tüy gibi hafif nesneleri kendine çektiğini gözlemleyerek statik elektrik olgusunu keşfetmişti. 1752 yılında ise Benjamin Frank-lin, yıldırım düşmesini beklediği yağmurlu bir günde bir uçurtmayı elindeki anahtara bağlayarak uçurmuş, sonra yıldırım düştüğünde anahtardan eline kıvılcımlar sıçra-mıştı; böylece yıldırımın elektriksel bir doğa olayı oldu-ğu kanıtlanmıştı. Elektrikle ilgili en önemli keşif ve icatlar 19’uncu yüzyıl sonunda Faraday, Graham Bell, Edison, Kelvin, Siemens, Tesla gibi isimlerin araştırmalarıyla ya-şandı ve bu da İkinci Sanayi Devrimini – Teknoloji Devri-mini – tetikledi.

Elektrik, buharın yerini alarak İkinci Sanayi Devriminin en önemli güç kaynağı oldu. Elektrik sayesinde; fabrika-ların daha uzun süre çalışması sağlandı, tüketici ürünleri daha hızlı üretilmeye başlandı, ulaşım ve haberleşmede büyük sıçramalar gerçekleşti, sayısız yeni ürün ve hizmet yaşamımıza girdi ve ekonomik büyüme hızlandı. İma-lat ve aydınlatma ihtiyaçlarının karşılanması için sanayi kentlerinden başlayarak bütün kentler elektrik şebeke-leriyle donandı.

Günümüzde elektrik kullanımı, özellikle gelişmiş ül-kelerde, o kadar artmış bulunuyor ki ihtiyacın etkin ve verimli bir şekilde karşılanabilmesi için internet teknolo-jilerinin yardımıyla elektrik şebekelerinin akıllı şebekelere dönüştürülmesi gündeme geliyor.

1. GİRİŞ 2. ELEKTRİK ŞEBEKELERİMurat BULUCU



3. AKILLI ŞEBEKELER

Bugün hayatımıza normal bir şekilde devam edebilmek için yanımızda en az iki-üç farklı tipte şarj aletiyle do-laşmak zorundayız; ancak elimizin altından hiç eksik olmayan elektronik cihazlar bu kadar gelişirken, onları şarj etmede yararlandığımız elektrik şebeke yapısı ilk şebekelere kıyasla çok fazla gelişim göstermiş değil. Kuşkusuz enerji santrallerinin ve iletim altyapısının gü-venilirliği yıllar içinde arttı, televizyonumuzu açtığımızda çalışacağından herhangi bir şüphe duymuyoruz. Ancak enerji santrallerinin ortalama yaşı 35’tir, bu santrallerde kaynak olarak hâlâ en çok kömür kullanıldığından üretim kirli olmaktadır ve üretilen elektriğin kullanım etkinliği sa-dece yüzde 35’tir[2].

Günlük yaşam koşullarının ve sanayi üretiminin elekt-rik kesintilerine eskiden olduğu kadar toleransı yoktur. Elektrik kesintilerinin sosyal hayatı etkilemesine ek ola-rak ekonomik açıdan da ciddi etkileri vardır. 14 Ağustos 2003 yılında, ABD’de gerçekleşen kuzeydoğu elektrik kesintisinin Amerikan ekonomisine etkisi 6,4 milyar do-lar olmuştur[3]. Bu gibi durumların yaşanmaması için bazı önlemlerin alınması, mevcut sistemin günümüz gerek-sinimlerine uyarlanması ya da gereksinimlerin mevcut altyapı göz önünde bulundurularak değiştirilmesi gerek-mektedir[4].

Bu noktada ülkemizde de adını daha sık duymaya başladığımız akıllı şebeke (smart grid) uygulamaları gün-deme gelmektedir. Artık şebekeleri akıllı kılmak mümkün hale gelmiştir. Bir şebekeyi akıllı hale getiren temel et-ken, mevcut elektrik şebeke altyapısına dijital haberleş-me teknolojisinin entegre edilmesidir. Böylece tüketici, üretici ve dağıtıcı arasında daha hızlı ve kolay bir ileti-şim sağlanmaktadır. Bu çift yönlü iletişim sayesinde tüm elektrik üretim, iletim ve kullanım süreçleri izlenebilir ve kontrol edilebilir hale gelmektedir. Peki, akıllı şebekeleri akıllı yapan nedir? Akıllı şebeke sayesinde:

Dağıtım hatları: Düşürücü trafolar kullanılarak son kullanıcıların ihtiyacı olan voltaj değerlerine indirilen elektrik, dağıtım hatları üzerinden kullanıcılara ulaş-tırılır.

Kullanıcı: Evlerden fabrikalara, elektrikli arabalardan alışveriş merkezlerine birçok farklı kullanıcı elektrik-ten faydalanır.

Elektrik şebekelerinin gelişmesiyle elektriğin kullanı-lacağı yere yakın yerlerde üretilme gereksinimi ortadan kalktı. Üretim tesisleri kullanıcıdan ziyade üretimin en et-kin yapılabileceği yerlere yakın olarak kurulmaya başlan-dı. Örnek olarak, rüzgâr enerjisi santralleri için rüzgârın bol, eğim ve engebenin az olduğu bölgeler tercih edilir-ken, termik santrallerde maden ocağının yakınlığı, yakı-tın santrale hangi yöntemlerle getirileceği gibi konular önem kazandı. Teknolojinin gelişmesiyle elektrik üretim yöntemleri de gelişti ve çeşitlendi, özellikle son yıllarda güneş, rüzgâr gibi yenilenebilir ve temiz enerji kaynakları öne çıkmaya başladı.

Ancak, ekonomik ve teknolojik gelişmeyle birlik-te kullanıcıların elektrik ihtiyacı da katlanarak artıyor. Mevcut elektrik şebeke yapısı giderek bu ihtiyaca kar-şılık veremez duruma geliyor. Bunun yanı sıra mevcut şebeke yapısına dahil edilemeyen önemli miktarda enerji boşa harcanıyor. Klasik yakıtla çalışan santral-lerin çıkış güçleri komutla artırılıp azaltılabildiği için bu tip santraller daha kontrol edilebilir niteliktedir. Ancak güneş ve rüzgâr gibi yenilenebilir enerji kaynakları yal-nızca rüzgâr olduğunda veya bulutsuz günlerde enerji üretebildiği için, şebeke operatörlerinin sistem üze-rinde kontrolü azalmakta ve bu tip santrallerin çıkış güçleriyle ilgili tahmin yapılması zorlaşmaktadır. Ayrıca güneşin ve/veya rüzgârın görece daha güçlü olduğu yerler her zaman iletim hatlarına yakın mesafelerde ol-mayabiliyor. Bu ve benzer sorunlar, yenilenebilir enerji kaynaklarının mevcut iletim hatlarına entegre edilmesi-ni zorlaştırmaktadır.

Şekil 1: Örnek bir elektrik şebekesi



Türkiye’de de akıllı şebekeye geçilmesine yönelik ilk adımlar atılmaktadır. İlk aşamada akıllı sayaç ve uzaktan okuma sistemlerinin kurulumu gerçekleştiriliyor. Ancak şebeke izleme ve yönetim sistemleriyle ilgili henüz belir-gin bir çalışma bulunmamakta.

Akıllı şebekeler birçok avantaj sağlayacak olmakla birlikte kurulum ve kullanım sırasında birçok zorluk da söz konusu olacaktır. Bir sorun, yeni şebeke altyapısı oluşturmanın zaman ve maliyet yüküdür. 2014 yılında Amerikan hükümetinin bir çalışmasında yepyeni bir şe-beke kurmanın maliyetinin 13 ila 50 milyar dolar arasında olacağı öngörülüyordu. Bir diğer sorun günümüzün en kritik konularından biri olan siber güvenliğin nasıl sağ-lanacağıdır. İnternete devamlı bağlı olacak şebekelerde kişisel verilerin gizliliği nasıl korunacak? Yapılan simülas-yonlarda bir bilgisayar korsanının bağlandığı akıllı sayaç üzerinden bir virüsü 15 km uzağa yayabildiği ve tek bir düğmeye basarak tüm gücü kapatabildiği görülmekte-dir. Ayrıca ABD Ulusal Güvenlik Ajansı tarafından Çin’in ve en az bir ülkenin daha ABD’nin su ve elektrik altyapı-sına sızıp kritik sistemlerin bozulmasına yol açabileceği belirtilmektedir. Akıllı şebeke altyapısına tam geçmeden önce bu ve benzeri konuların iyi değerlendirilmesi gerek-mektedir.

4. HİNDİSTAN ELEKTRİK KESİNTİSİ – ŞEBEKE AKILLI OLSAYDI SONUÇ NE OLURDU?1,29 milyarlık nüfusuyla dünyanın en kalabalık ikinci ül-kesi olan Hindistan’da, ciddi elektrik sıkıntısı söz konu-sudur. Ülkedeki evlerin üçte birine bir ampulü yakmaya yetecek kadar bile elektrik sağlanamamaktadır. Ülkenin doğusunda yer alan 100 milyon nüfuslu Bihar eyaletin-deki insanların yalnızca yüzde 16’sının elektriğe erişimi varken, batıdaki Pencap’ta bu oran yüzde 97’dir[6].

Bu sıkıntılara ek olarak Hindistan dünya tarihindeki en büyük elektrik kesintisini yaşayan ülke olmuştur. 30-31 Temmuz 2012 tarihinde gerçekleşen kesintide Hindis-tan nüfusunun yarısını (dünya nüfusunun yüzde 9’unu) oluşturan 670 milyon insan için hayat iki günlüğüne

Beklenmedik faturalara son: Tüketici ile üretici ara-sında gerçek zamanlı iletişim sayesinde tüketici kendi enerji tüketimini maliyet, çevresel kaygı gibi unsurları göz önünde bulundurarak kontrol edebilmektedir.

Minimum elektrik kesintisi: Sistemdeki aşırı yüklen-melerin önceden tespit edilerek gücün farklı rotalar üzerinden iletilmesiyle muhtemel güç kesintilerinin önüne geçilebilmektedir.

Var olan altyapıyı kullanma: Yeni altyapı eklenme-sine ihtiyaç kalmadan artan kullanıcı talebine etkin çözümler hızla üretilebilmektedir.

Yenilenebilir enerjiyi etkin kullanma: Kesintisiz ol-madıkları ve önceden tahmin edilmeleri zor olduğu için yenilenebilir enerji kaynaklarının mevcut elektrik şebekelerine entegre edilmesinde zorluklar yaşan-maktadır. Buna karşılık akıllı şebekeler kömür ve do-ğalgaza ek olarak güneş ve rüzgâr enerjisi gibi yeni enerji kaynaklarının da sisteme dahil edilmesine ola-nak vermektedir.

Daha temiz bir dünya: Daha etkin enerji kullanımı ve yenilenebilir kaynakların entegrasyonuyla elektrik üretimindeki sera gazı salımı gibi olumsuz çevresel etkiler azalmaktadır.

Mevcut şebeke altyapısı ile akıllı şebekelerin farklılık-ları Tablo 1’de görülmektedir[2].

MEVCUT AKILLI

Merkezi üretim Dağıtık üretim

Elektromekanik Dijital

Arızalar ve kesintiler Uyarlanabilir kesintisiz elektrik

Sınırlı gerçek zamanlı izleme Gelişmiş gerçek zamanlı izleme

Yavaş reaksiyon süresi Çok hızlı reaksiyon süresi

Manuel onarım Kendi kendini iyileştirebilir

Tek yönlü iletişim Çift yönlü iletişim

Enerji depolama yok Enerji depolama

Sadece sağlayıcı kontrolü Artırılmış tüketici katılımı

Sınırlı sensörler Sistem boyu sensörler

Tablo 1: Mevcut Şebekelerle Akıllı Şebekelerin Karşılaştırması

Akıllı şebeke uygulamalarına geçiş dünyada 2000 yılında başlamış ve günümüzde de devam etmektedir. Bugün ABD, Çin, Japonya, Hindistan, Brezilya, Güney Kore, Rusya ve Avrupa Birliği ülkelerinde milyonlarca eve akıllı sayaç kurulumu yapılmış durumda. Avrupa’da akıllı şebeke uygulamalarına yönelik uygulama koşulla-rının belirlenmesi amacıyla Avrupa Komisyonu tarafın-dan The European Technology and Innovation Platform Smart Networks for Energy Transition (ETIP SNET) adlı platform kurulmuştur. 2020 yılına kadar Avrupalı tüketici-lerin yüzde 80’inin akıllı sayaçlara sahip olması hedeflen-mektedir. Yalnızca Fransa’da, mevcut 35 milyon elektro-nik sayacın yerine akıllı sayaçlar takılması için 4,5 milyar euro maliyet öngörülmektedir[5].

BULUT & HİZMETLER

AKILI ŞEBEKE

AKILLI ALTYAPI

AKILLI MOBİLİTE

AKILLI ENERJİ

AKILLI FABRİKA

KONUT ENERJİSİ

TRAFİK AKIŞI OPTİMİZASYONU

AKILLI OTOBAN AKILLI BİNALAR

AKILLI HASTANE

AKILLI ŞEHİR



çok yüksek olasılıkla söz konusu arıza erken teşhis edi-lebilirdi.

Hindistan’da teknik güç kayıplarına ek olarak verim-sizlik ve kaçak kullanım gibi konular da büyük bir sıkıntı-dır. Üretilen toplam enerjinin yaklaşık yüzde 20’si kaçak kullanıma gitmektedir. Bunun yıllık maliyeti 17 milyar do-ları bulmakta ve bu da ülkenin gayrisafi milli hasılasının yaklaşık yüzde 2’sinden fazlasına denk gelmektedir[8]. Kaçak elektrik kullanımı için sayaçlar baypas edilmek-te veya elektrik hatlarına yeni hatlar çekilmektedir. Buna karşılık mevcut şebekeye enformasyon ve iletişim tek-nolojisi eklendiğinde hat üzerinde anlık ölçümler yapıl-ması ve enerjinin nereye gittiğinin belirlenmesi mümkün olmaktadır. Akıllı şebekeler bir nevi elektrik hatlarındaki kontrol görevlileri gibi davranır.

5. DEĞERLENDİRMELERTürkiye dünya ortalamalarının üstünde hızlı bir eko-

nomik büyüme gerçekleştirmektedir. Bu büyüme, yaşa-nan nüfus artışıyla birlikte iç enerji talebini, tetiklemek-tedir. Ülkemizde elektrik talebinin 20 yıl içinde bugünkü düzeyinin iki kat üzerine çıkacağı öngörülmektedir[9]. Bu talebi karşılamak amacıyla ülkemiz önümüzdeki yıllar için iddialı hedefler belirlemekte, yenilenebilir enerji kay-naklarına ek olarak nükleer enerji santrali projelerine de hız vermektedir.

Enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesi, elektriğin yeter-li miktarda ve kesintisiz sağlanmasına destek olacaktır. Ancak bunun yanı sıra enerjinin üretilmesi, iletilmesi ve kullanılması süreçlerinde akıllı yöntemlere geçiş de hız-landırılmalıdır. Bu amaçla akıllı sistemler pilot projeler-le denenmeye başlanabilir. Pilot projelerde kullanılacak sistemlerin maksimum yerli katkı olacak şekilde geliş-tirilmesi özellikle önemlidir. Böylece hem ithal ürünlerin getirdiği yüksek maliyet sorununun üstesinden gelinebi-lir, hem de teknolojik bilgi birikiminin gelişmesiyle ileride daha kapsamlı Ar-Ge çalışmaları gerçekleştirilebilir.

durdu. Hindistan’da yer alan beş elektrik şebekesinin üçü çöktü, 28 eyaletten aralarında başkent Yeni Del-hi’nin de bulunduğu 20’si karanlıkta kaldı. Hindistan elektrik kesintilerine alışkın olduğu için büyük çaplı en-düstriyel tesislerde, havaalanlarında ve lüks apartman-larda yedek jeneratörlerle hayat devam etmekle birlikte, kesinti sonucunda trenler durdu, birçok hastanede ame-liyatlar yapılamaz duruma geldi, Batı Bengal’de yüzlerce maden işçisi madende mahsur kaldı, çalışmayan trafik lambalarından dolayı ulaşım imkânsız hale geldi ve en çok da düşük gelirli halk kesimleri elektriksiz kaldı, top-lu taşımadan faydalanamadı[6]. Olay sonrasında yapılan açıklamalara göre, kesintinin nedeni genel olarak siste-min aşırı yüklenmesi ve mevcut altyapının talebi karşıla-yamamasıydı. Oysa asıl ortaya çıkan, devletin kesintinin temel sebebini bilmiyor olmasıydı[7].

Peki, Hindistan’da akıllı şebeke sistemine geçilmiş olsaydı bu kadar büyük bir kesinti yaşanır mıydı? Ya da hiç olmazsa sebepler daha net ortaya konamaz mıydı? Rahatlıkla söylenebilir ki eğer şebeke boyunca gerçek zamanlı izleme sağlayan sistem ve sensörler olsaydı,

Şekil 2: Allahabad şehrinde ana kabloların arasından kaçak hatları tespit eden bir elektrikçi. (Fotoğraf: Rajesh Kumar Singh)

KAYNAKÇA[1] S. Carl, «Milestones: Pearl Street Station, 1882,» Engineering and Technology History Wiki, 27 Ocak 2016. [Çevrimiçi]. Available: http://ethw.org/

Milestones:Pearl_Street_Station,_1882.[2] J. E. A. J. V. R. JOY Jeanna, «Challenges of Smart Grid,» International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation

Engineering, cilt 2, no. 3, 2013. [3] G. İ. K. ANDERSON Patrick L., «Northeast Blackout Likely to Reduce US Earnings by $6.4 Billion,» 19 Ağustos 2003. [Çevrimiçi]. Available: http://www.

andersoneconomicgroup.com/Portals/0/upload/Doc544.pdf. [Erişildi: 2017].[4] LERNER Eric, «What’s wrong with the electric grid?,» Physics Today, 14 Ağustos 2014. [Çevrimiçi]. Available: http://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/

PT.5.5020/full/.[5] «Metering & Smart Energy, “Smart meters 101: France’s Linky electricity meters”,» 6 Aralık 2015. [Çevrimiçi]. Available: https://www.metering.com/features/

smart-meters-101-frances-linky-electricity-meters/,[6] C. Badrul, «CHOWDHURY Badrul,» %1 içinde Do We Really Learn from Blackouts?, UNC Charlotte Üniversitesi Sunumu.[7] L. R. DENYER Simon, «Huge blackout fuels doubts about India’s economic ambitions» The Washington Post, 1 Ağustos 2012.[8] K. Rakteem, «India Fights to Keep the Lights On,» Bloomberg, 6 Haziran 2014. [Çevrimiçi]. Available: https://www.bloomberg.com/news/articles/2014-06-05/

india-fights-electricity-theft-as-modi-pledges-energy-upgrade.[9] T. E. v. T. K. Bakanlığı, «Türkiye Elektrik Enerjisi Talep Projeksiyonu Raporu,» [Çevrimiçi]. Available: http://www.enerji.gov.tr/

File/?path=ROOT%2F1%2FDocuments%2FE%C4%B0GM%20Ana%20Rapor%2FT%C3%BCrkiye%20Elektrik%20Enerjisi%20Talep%20Projeksiyonu%20Raporu.pdf.





http://thinktech.stm.com.tr