Akıllı Şebekenin Tanımı

Elektrik şebekelerini akıllandırmak için yapılan çalışmaların sayısı gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmalardaki ortak nokta, geleceğin elektrik şebekesinin bileşenlerini benzer bir biçimde tanımlıyor olmalarıdır. Genellikle şebeke bileşenlerinin düşük maliyetli, birbiriyle uyumlu, tepki süresi hızlı, ekolojik sistemlere duyarlı, esnek kullanımlı ve gerçek-zamanlı çalışabilen bileşenler olmaları istenir. Bu beklentileri kullanarak bir akıllı şebeke tanımlaması yapılabilir ya da geleceğin şebekesine dair beklentiler kullanılarak bir tanım geliştirilebilir. Akıllı şebeke, geleneksel şebekenin regülasyon, teknoloji ve uygulama bakımından geliştirilmiş halidir. ABD Enerji Bakanlığı, akıllı bir şebekeyi şu şekilde tanımlar: Akıllı şebeke her bir müşteriyi ve düğümü kontrol eden ve gözlemleyen, güç istasyonuyla kullanıcı arasında iki-yollu elektrik ve bilgi akışı sağlayan, tamamen otomatik bir güç dağıtım ağıdır [92]. Dolayısıyla, akıllı şebeke mevcut şebekenin akıllanmasından ibaret bir yapıymış gibi düşünülmemelidir ya da başka bir ifadeyle geleneksel şebekeler akılsız değildir. Bu tarz bir isimlendirmenin yapılmasının nedeni, geleceğin şebekesini tasarlamak için bir vizyon ortaya koymaktır.

Geleneksel şebeke yapısı, ufak tefek gelişmeler yaşansa da uzun yıllar boyunca çok değişmeden kalmıştır. Şekil 2.1’de şebeke yapısının geçmişten günümüze nasıl bir gelişim geçirdiğinin ve geleceğin akıllı şebekesinin nasıl olacağının bir gösterimi verilmiştir [86]. Geçmişte, bir şebeke yapısının en üst katmanında üretim merkezleri bulunurdu ve müşteriler bu yapı içerisinde en alt katmanda yer alırdı. Ayrıca, kısıtlı bir haberleşme mekanizması bulunurdu. Bu mekanizma, sadece sorumlu şirketle üretim ve dağıtım birimleri arasındaki haberleşmeyi sağlardı. Doğal olarak, bu sistem tek-yönlü bir yapıdaydı ve böyle bir sistemde gerçek zamanlı bir izleme yapmak mümkün değildi. Günümüzde, şebeke yapısı içerisine iletim kontrol merkezleri, yenilenebilir kaynaklar ve daha gelişmiş bir haberleşme altyapısı eklenmiştir. Müşteriler gene en alt katmanda yer alır ve şebekeyle aralarında haberleşme sağlayacak bir altyapı bulunmaz. Gelecekte ise, daha fazla yenilenebilir kaynağın kullanıldığı, enerji depolama ünitelerinin yer aldığı ve EA şarj istasyonlarının da bulunduğu bir şebeke yapısının oluşması düşünülmektedir. Bu yapının haberleşme altyapısı, elektrik altyapısına paralel biçimde her bileşen için mevcut olacak ve bütün şebekeyi kapsayacaktır.

Şebeke yapısının zaman içerisindeki gelişimi, şebeke yapısında bundan sonraki gelişmelerin bilgi ve haberleşme alanlarında olacağını gösterir. Haberleşme alanında yaşanan gelişmeler, akıllı teknolojilerin şebekeler üzerine uygulanabilmesine imkan tanır. Bu açıdan bakılırsa akıllı şebeke; mevcut elektrik şebekesi içerisinde, gelişmiş otomasyonlara ve bilgi teknolojisi altyapısına sahip, elektrik ve haberleşme altyapılarının bir birlikteliği olarak da tanımlanabilir [93,94]. Kimi araştırmacılar, geleneksel şebekelerin çeşitli yazılımlar ve otomasyonlar kullandığını, bu nedenle de “akılsız” olmadıklarını savunurlar [94]. Geleneksel şebeke yapısı tabi ki “akılsız” değildir, burada önemli olan akıllı şebekenin geleneksel şebekeyi çok büyük ölçüde değişime uğratmasıdır. Akıllı bir şebeke yapısının geleneksel bir şebekeden nasıl farklılaştığını göstermek maksadıyla Tablo 2.2’de, şebekeler arasında bir karşılaştırma yapılmıştır [94-97].

Tablo 2.2. Geleneksel şebekelerin akıllı şebekelerle karşılaştırılması. Geleneksel Şebekeler Akıllı Şebekeler

Elektromekanik Dijital/Mikroişlemciler

Tek-yönlü haberleşme ya da yerel iki

yönlü haberleşme Entegre çift-yönlü haberleşme Merkezi üretim yaygın Çok sayıda dağıtık üretim kaynağı

Hiyerarşik yapı Ağ yapısı

Az sayıda algılayıcı Çok sayıda algılayıcı Elle onarım

Kendi kendine iyileşebilen otomatik onarım

Kısıtlı koruma, gözlem ve kontrol sistemleri, çökmeler ve kesintiler

Adaptif koruma, kendi kendini gözlemleme ve izole edebilme Kesintiler üzerine yoğunlaşma Güç kalitesi üzerine yoğunlaşma Fiziksel saldırılara açık Siber saldırılara açık

Elle kontrol/test Uzaktan erişimli kontrol/test

Kısıtlı kontrol Yaygın kontrol

Müşteriler için az seçenek Müşteriler için çok seçenek Müşteri katılımı kısıtlı

Müşteriler aktif, DSM gibi sistemlerin parçası

Kısıtlı şebeke zekası Derinliğe sahip şebeke zekası

Bu karşılaştırma tablosu incelendiğinde, akıllı şebekelerin geleneksel şebekelerden gelişmiş algılayıcıları, kontrol teknolojileri, haberleşme mekanizmaları, hesapsal yöntem

ve akıllı ölçüm aygıtları kullanmaları gibi özellikler bakımından ayrıldığı görülür [98]. Bu özellikleri sayesinde akıllı bir şebeke, geleneksel şebekeye göre daha etkin, güvenilir, yenilenebilir ve esnek bir yapıdadır. Akıllı şebeke, satın alınıp kurulumu yapılacak tek bir ürün ya da mevcut şebekeyi tek bir dokunuşla değiştirecek bir yöntem olarak düşünülmemelidir. Aksine, çok fazla sayıda ve yapıları karmaşık olan bileşenler içerir. Akıllı şebekeler, geleneksel şebekelerden farklı olarak aşağıdaki bileşenlere sahiptir [94]:

 Hızlı ve doğru tepki verebilen akıllı sayaçlar. Bu sayaçlar, DSM yapılarında, uzaktan sistem gözlemlemede ve tüketime göre fiyatlama yapan yöntemlerde kullanılırlar.

 Şebekenin her noktasıyla, gerçek zamanlı veri alışverişi yapılmasını sağlayan açık mimarili, yaygın standartlara uygun iki-yollu haberleşme mekanizması.  Hızlı bir biçimde arıza tespiti yapabilen ve kendi kendine iyileşebilmeyi

sağlayacak biçimde müdahalelerde bulunan gelişmiş kontrol sistemleri.

 Gelişmiş ara-yüzlere, karar vermeye yardımcı yapılara, analitik yeteneklere ve kullanıcı dostu görselleştirmelere sahip bir yazılım mimarisi. Bu mimari, şebeke operatörleri ve yöneticilerinin bilgi-işlem çalışanlarıyla etkin bir biçimde işbirliği yapabilmelerini sağlar.