Akıllı Şebekeler

Elektrik şebekeleri ortaya çıktığı 1900’lü yıllardan bugüne, gelişerek, değişerek ve genişleyerek ulaşmıştır. Bugünün dünyasında, fosil yakıtların tükenebilir olması ve fosil yakıtla çalışan elektrik santrallerinin çevreye verdiği olumsuz etkiler, tüm dünyada azaltılmaya çalışılan sera gazı emisyonları ve enerji bağımsızlığı konuları, yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üretimi konusunu ön plana çıkarmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üretiminde kullanılan teknolojilerin gelişmesi ve maliyetlerinin düşmesi, yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üreten çok sayıda santralin mevcut elektrik şebekesine eklenmesine yol açmıştır. Bu durum, tek yönlü güç akışına göre tasarlanan mevcut elektrik şebekelerinde birçok risk faktörünü de beraberinde getirmiştir.

Petrol kriziyle ortaya çıkan yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim ve enerji tasarrufu hassasiyetleri, nükleer santral kazaları ve sera gazı salınımlarının azaltılmasının gerekliliğinin yadsınamaz oluşu, elektrik üretiminin çevreye ve topluma olan etkilerinin sorgulanmasına yol açmıştır. Bugün, elektrik şebekelerinde sürdürülebilirlik, karbonsuzlaştırma ve sistem güvenliği en önemli konuların başında gelmektedir.

Dağıtık üretim santrallerinin artmasıyla ve bu santrallerin orta ve alçak gerilimden sisteme bağlanmasıyla oluşan çift yönlü güç akışı yapısı, elektrik şebekerinde meydana gelen kesintilerin ekonomik maliyetleri ve güvenlik sorunları, iletişim, bilgi-işlem ve yapay zekâ konularındaki gelişen teknolojinin elektrik şebekesinin her biriminde etkin olarak kullanılması yoluyla güvenli ve sürdürülebilir bir elektrik şebekesi oluşturma çalışmaları, akıllı şebeke kavramını ortaya çıkarmıştır.

Yeni nesil bilgi-işlem ve iletişim teknolojileri, elektrik şebekelerinde var olan merkezi koruma ve merkezi denetim sistemlerinin ötesinde, şebekenin her birimine, tarnsformatör merkezlerine ve güç üretim sistemlerine yerleştirilen bağımsız işlem yapma kabiliyetine sahip akıllı cihazlar yoluyla tamamen dağıtık bir yapıya geçilmesine olanak sağlayacaktır. Böylece oluşan bu dağıtık sistem, gerçek bir akıllı şebekeyi oluşturacaktır [31].

Akıllı şebekelerle ilgili literatürde birçok tanım bulunmakla birlikte, Uluslararası Elektrik Komisyonu (International Electrotechnical Commission (IEC)) akıllı şebekeyi şöyle ifade etmektedir [98]: Üretim teknolojisi ve boyutu ne olursa olsun her türlü güç üretim birimlerinin şebekeye bağlantısına olanak sağlamak, tüketicilerin sistemin işleyişini optimize etmede rol oynamalarına izin vermek, tüketicilere daha fazla bilgi ve tedarik seçeneği sağlamak, tüm elektrik tedarik sisteminin çevresel etkisini önemli ölçüde azaltmak, güvenilirlik ve arz güvenliği arttırılmış seviyelerde elektrik sunmak için, akıllı izleme, kontrol, iletişim ve kendi kendini iyileştirme teknolojilerini birlikte kullanarak yenilikçi ürünler ve hizmetler sunan şebeke, akıllı şebekedir. Akıllı elektrik şebekesinin (bundan sonra akıllı şebeke olarak isimlendirelecektir) genel bileşenlerini ve akıllı şebekelerde kullanılabilecek bazı hesapsal yöntemler ve bilgi-işlem teknolojilerini gösteren çizim Şekil 1.1’de verilmiştir.

Yapay Zeka AKILLI ELEKTRİK ŞEBEKESİ Veri Madenciliği Nesnelerin İnterneti Eniyileme Derin Öğrenme İletişim Teknolojileri Kestirim Yöntemleri Bilgi İşlem Teknolojileri Akıllı Evler Elektrikli Araçlar Akıllı Sayaçlar Büyük Güç Santralleri Yenilenebilir ve Dağıtık Üretim İletim Sistemleri Dağıtım Sistemleri Depolama

Şekil 1.1. Akıllı şebekelerin genel bileşenleri ve akıllı şebekelerde kullanılabilecek bazı hesapsal yöntemler

Tablo 1.2. Akıllı şebekelerin bazı temel karakteristikleri

Karakteristik Açıklama

Gürbüzlük (Dayanıklılık) ^{Fiziksel ve siber saldırılara karşı korunaklı bir yapıya} sahip olmalıdır.

Çevre Duyarlılığı

Elektrik üretiminde kullanılan kaynaklar, çevreye en az zarar veren kaynaklardan oluşmalıdır ve şebekenin tamamında verimlilik öncelenmelidir.

Kendi kendini iyileştirme

Şebeke herhangi bir olumsuz durumu analiz ederek, kısa sürede tespit edip tepki verebilmelidir ve arızayı

düzeltebilmelidir.

Tüketici ile etkileşimli iş birliği ^{Tüketiciyi ve davranışını, şebekenin tasarım ve işletimine} dahil etme yeteneğine sahip olmalıdır.

Tüketicilere kaliteli güç temini ^{Tüketicilerin ve endüstrinin ihtiyaç duyduğu kaliteli gücü} sağlayabilecek yapıda olmalıdır.

Dağıtık üretim ve depolama birimlerinin eklentisine uygunluk

Üretimde çeşitliliği sağlamak ve yenilenebilir enerji kaynaklarının sisteme dahil olma oranlarını arttırmasına olanak sağlamalıdır.

Eniyilenmiş ve Eniyilenebilir İşletme

Bilgi işlem teknolojilerinin ve aktif ölçme teknolojilerinin kullanılmasıyla, işletme ve bakım maliyetlerini en aza indirmelidir.

Şekil 1.2’de bugünkü geleneksel elektrik şebekesinin temel yapısı ve bileşenleri görülmektedir.

Ticari Tüketiciler

Endüstriyel Tüketiciler

Şekil 1.2. Geleneksel elektrik şebekesinin temel yapısı ve bileşenleri

21.yy’da oluşmaya başlayan ve akıllı şebeke olarak ifade edilen elektrik şebekesinin yapısı Şekil 1.3’te yer almaktadır.

Üreten Tüketiciler

İki Yönlü Güç Akışı

İki Yönlü Bilgi Akışı Elektrik Depolama Birimleri Elektrik Depolama Birimleri Elektrik Depolama Birimleri Elektrikli Araçlar Elektrik Depolama Birimleri Ticari Tüketiciler Yenilenebilir Kaynaklardan Dağıtık Üretim Güneş Enerjisinden

Elektrik Üreten Santraller Endüstriyel Tüketiciler

Rüzgar Enerjisinden Elektrik Üreten

Santraller Güneş Enerjisinden

Elektrik Üreten Santraller

Şekil 1.3. 21.yy’da oluşmaya başlayan ve dağıtık üretim birimlerinden oluşan akıllı şebeke

Bugünün şebekesiyle geleceğin akıllı şebekelerinin karşılaştırılması [32] Tablo 1.3’te yer almaktadır.

Tablo 1.3. Bugünün elektrik şebekeleri ve geleceğin akıllı elektrik şebekelerinin karşılaştırılması

Bugünün Elektrik Şebekeleri Geleceğin Akıllı Şebekekeleri

Üretim

Üretim, merkezi büyük güç santrallerinde yapılarak tüketim noktalarına iletilir.

Daha çok yenilenebilir kaynaklardan küçük ölçekli dağıtık üretim sistemleriyle tüketimin yakınında yapılır.

İletim ve Yedek Güç

Yedek güç birimleri telefon aracılığıyla sistem operatörü tarafından talep edilir.

Yedek güç isteği, akıllı sistemler yoluyla isteklerin otomatik olarak yönlendirildiği geniş bant bağlantısı üzerinden yapılır.

Dağıtım

Tüketime göre üretim yapılan ve tek yönlü güç akışına göre çalışan dağıtım sistemi vardır.

Üretime göre talebin ayarlandığı, iki yönlü güç akışının olduğu dağıtım sistemi vardır.

Sayaç Sistemleri

Geleneksel sayaçlar ile tek yönlü bilgi akışı vardır.

İki yönlü bilgi akışına olanak sağlayan akıllı sayaçlar vardır.

Tüketiciler ^{Cihazların ve ısıtıcıların kontrolü}

tüketiciler tarafından yapılır.

Akıllı cihazların ve ısıtıcıların kontrolü, tüketici isteklerine göre, otomatik olarak, akıllı sistemlerle yapılır

Genel Sistem

Üretimden tüketime doğru sürekli bilgi akışı yoktur.

Üretimden tüketime ve tüketimden üretime doğru sürekli bilgi akışı var