SASON HAVZASI PLANLAMASI
Elif CANBEK
YÜKSEK LİSANS TEZİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
TEMMUZ 2010 ANKARA
SASON HAVZASI PLANLAMASI adlı bu tezin yüksek lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım.
Doç. Dr. Ires ISKENDER ………
Tez Danışmanı, Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı
Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir.
Prof. Dr. M. Sezai DİNÇER ………
Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.
Doç. Dr. Ires ISKENDER ………
Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.
Yrd. Doç. Dr. Mahir DURSUN ………
Elektrik Eğitimi Anabilim Dalı, G.Ü.
Tarih : 13/07/2010
Bu tez, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır.
Prof. Dr. Bilal TOKLU ………
Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm.
Elif CANBEK
TÜRKİYE İLETİM SİSTEMİ PLANLAMA KRİTERLERİ DAHİLİNDE HAVZA PLANLAMALARI VE BU KAPSAMDA
SASON HAVZASI PLANLAMASI (Yüksek Lisans Tezi)
Elif CANBEK
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Temmuz 2010 ÖZET
4628 sayılı ElektrikPiyasası kanunuyla özel teşebbüsün santral tesis etmesinin önü açılmış ve 2001 yılında başlayan bu süreçte, özellikle 2007 yılı sonrası Santral tesis edilmesine yönelik önemli projeler başlatılmıştır. Ülkemizde enerji kaynaklarının verimli kullanmasıyla üretim günden güne artmaktadır.
Aynı şekilde teknolojideki gelişmelerle orantılı olarak enerji tüketimi de artış göstermektedir. Sistemde üretim ve tüketim dengesini sağlamak sabit, kararlı gerilim ve frekans ile mümkündür. Bu kapsamda işletim kriterleri dahilinde optimum iletim planlamalarının yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada iletim sistemi planlaması kriterleri irdelenmiş ve bu kriterler dahilinde rüzgar ve hidrolik potansiyelin olduğu yerde birbirine yakın kurulan santraların oluşturduğu havzaların iletim sistemine entegre edilmesi çalışmalarına yer verilmiştir. Havza planlamasına örnek teşkil edecek Sason Havzası Planlamasının PSS/E analizleri ve raporları çalışmada sunulmuştur.
Bilim Kodu : 905.1.033
Anahtar Kelimeler : İletim planlaması, ilgili yönetmelikler, aktif güç ve reaktif güç dengesi , havza
Sayfa Adedi : 156
Tez Yöneticisi : Doç. Dr. Ires ISKENDER
BASIN PLANNING WITHIN THE TURKISH ELECTRICITY TRANSMISSION PLANNING CRITERIA AND PLANNING THE SASON BASIN IN THIS SCOPE
(M.Sc. Thesis) Elif CANBEK
GAZI UNIVERSITY
INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY July 2010
ABSTRACT
After being approved of the 4628 numbered Electricity Market Law, the problems of building electricity plants for private sector were removed and during the period starting from 2001, especially after 2007 the building of important projects corresponding to power plants have been started. By using the energy resources efficiently the production is increasing day by day in our country. In the same way proportional to the technological developments the energy consumption is also increasing. Providing a balance between generation and consumption in a system is only possible with stable voltage and frequency. In this regard, among the operation criteria the optimal transmission planning should be done. In this study the transmission planning criteria are examined and within these criteria the studies of integrating the generation centers with wind and hydraulics potential and established near each other to the transmission system are given. The PSS/E analysis and reports of planning of Sason Basin which can serve a model of basin planning are presented in this study.
Science Code : 905.1.033
Key Words : Transmission plannibg, laws, balance of active and reactive power, basin study
Page Number : 156
Adviser : Assoc. Prof. Dr. Ires ISKENDER
TEŞEKKÜR
Bu çalışmanın ortaya çıkmasında değerli yardım, katkı ve yönlendirmelerinden dolayı, değerli hocam Doç Dr. Ires ISKENDER başta olmak üzere TEİAŞ Genel Müdürlüğünde görev yapan amirlerim Nurhan OZAN, Ercüment ÖZDEMİRCİ’ye, mesai arkadaşlarım Gülden SAMANCIOĞLU, Necip Fazıl BAKIR’a ve çalışmalarımda PSS/E programını kullanmama izin veren TEİAŞ Genel Müdürlüğü’ne teşekkür ederim.
Benden öğretim hayatım boyunca her türlü maddi manevi desteğini esirgemeyen, öğretimin değerini bana aşılayan çok değerli babam Şemsettin YELMEN, annem Fatma YELMEN, kardeşlerim Şüheda, Tuğba ve Cihan’a ve kuzucuğum Zeynep Turna CANBEK’e teşekkürü bir borç bilirim.
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET………...iii
ABSTRACT………iv
TEŞEKKÜR……….v
İÇİNDEKİLER………vi
ÇİZELGELERİN LİSTESİ………xi
ŞEKİLLERİN LİSTESİ………xii
RESİMLERİN LİSTESİ………...xvi
SİMGELER VE KISALTMALAR………..xivii
1. GİRİŞ……….…….1
2. TÜRKİYE İLETİM VE ÜRETİM SİSTEMİ MEVCUT DURUMU……...…….7
2.1. İletim Sistemimizin Mevcut Durumu……….…..7
2.2. Türkiye Mevcut Elektrik Üretimi ………...11
2.2.1. Sistem kayıpları………..………..15
2.3. Yıllar İtibariyle Enerji Tüketim Artışı……….…15
2.3.1. Talep tahminleri……….16
3. İLETİM SİSTEMİ PLANLAMASI……….………..20
3.1. İletim Sistemi Planlaması ve Kriterleri……….…21
3.2. İletim Sistemi Analizleri Güvenilirlik Kriterleri……….…..24
3.3. Mevzuata Göre İletim Sisteminin Planlama ve Tasarım Esasları………..………..27
3.3.1. Mevzuata göre iletim sisteminin Planlamasına Esas İşletim kriterleri………...………..27
Sayfa
3.3.2. Mevzuata göre iletim sisteminin tasarım esasları………..30
3.3.3. Mevzuata göre üretim şalt tesisleri tasarım esasları…………..34
4. GÜÇ SİSTEM ANALİZLERİ………..36
4.1. Yük Akış Analizi………...36
4.1.1. İletim sisteminde yer alan bara çeşitleri………...…37
4.1.2. İletim sisteminde aktif güç dengesi………...…37
4.1.3. İletim sisteminde reaktif güç dengesi………...38
4.1.4. Slack bara kavramı………..39
4.1.5. Yük akış analizi için örnek uygulama………...41
4.1.6. Sistemin herhangi bir barasında aktif ve reaktif gücün değişmesinin sisteme etkisi……….45
4.1.7. Çözüm metotları………50
4.1.8. Optimal güç akışı (OPF)………...58
4.2. Kısa Devre Analizleri………..60
4.2.1. Kısa devre hesabı……….62
4.2.3. Kısa devre akımı hesabı için formüller………..64
4.2.4. Kısa devrenin oluş yerine bağlı olarak kısa devre akımı dalga şekilleri………..64
4.2.5. p.u. değerlerine göre kısa devre arıza akım hesaplaması örneği………...……….. 67
5. PSS/E PROGRAMI……….72
5.1. PSS/E Programının Özelliklerinin Tanıtımı…...………..73
5.2. PSS/E Programının Kullanımı………...…………. 76
Sayfa
5.3. Yeni Bir Sistem Kurulması ………..………..78
5.3.1. Bara datası oluşturma……….……….78
5.3.2. Generatör datası oluşturma………79
5.3.3. Yük datası oluşturma………..79
5.3.4. İletim hattı datası oluşturma………80
5.3.5. Çift Sargılı Transformatör datası oluşturma……….81
5.3.6.Reaktör ve Kapasitör datası oluşturma………..82
5.4. Programın Çalıştırılması………82
5.5. Sistemde N-1 Kısıtlılık Analizi………...83
5.6. Rapor Alma………..86
5.7.PSS/E ‘de Kısa Devre Analizi……….86
6. TÜRKİYE ELEKTRİK SİSTEMİNDE HAVZA PLANLAMASI VE BU KAPSAMDA HİDROELEKTRİK VE RÜZGAR SANTRALLARININ SİSTEME BAĞLANTI ÇALIŞMALARI………...………..89
6.1. Hidroelektrik Santralların Enterkonekte Sisteme Bağlantısına Yönelik Havza Çalışmaları….………...………91
6.1.1. İşletmede olan ve lisanslandırılmış HES potansiyeli……..……92
6.1.2. Yağlıdere Havza planlaması………...93
6.2. Türkiye Elektrik Sisteminde Rüzgar Santralları Bağlantıları…………95
6.2.1. Türkiye Elektrik Sisteminde rüzgar santrallarının bağlantı durumu……….………...96
6.2.2. Çeşme Havzası planlaması………98
7. TÜRKİYE İLETİM SİSTEMİNDE SASON HAVZA PLANLAMASI…………...……….103
7.1. Havza Panlamasında Harita Çalışmaları………..……103
Sayfa 7.2. Elektrik Sistemine Bağlanacak Santralların Kurulu Güçlerine
Göre Değerlendirilmesi………106
7.3. Havza Planlaması Kapsamında Yapılan PSS/E Analizi……….110
7.3.1. Havzanın PSS/E datalarına işlenmesi………...115
7.3.2. Havza planlaması kapsamında baraların modellenmesi…….115
7.3.3. Havzadaki Santraların generatörlerinin datasını Oluşturma……….117
7.3.4. Havza planlamasının yapıldığı bölgede yük durumu…...…….119
7.3.5. Trafoların datalarının oluşturulması………..…..119
7.3.6. Senaryo 1’e göre bağlantı hatlarının modellenmesi………...120
7.3.7. Senaryo 1 için yapılan N-1 kısıtlılık analizi ………125
7.3.8. Senaryo 2’ye göre modellemenin yapılması………..129
7.3.9. Kısa devre hesabı………..136
7.3.10. Üretim tesisi şalt tasarımı…………..……….138
8. SONUÇ ve ÖNERİLER………141
KAYNAKLAR………..…144
EKLER……….146
EK-1. Senaryo 1’e göre bölgeler arası enerji transferi ...147
EK-2. Senaryo 2’ye göre bölgeler arası enerji transferİ………..148
EK-3. 2013 datası temel durum, Senaryo 1 ve Senaryo 2 sistem datalarında N-1 kısıtlılık analizlerinin karşılaştırılması……….…149
ÖZGEÇMİŞ………...……… 156
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge Sayfa
Çizelge 2.1. Türkiye iletim sistemi mevcut
hatlarının uzunluğu……….8 Çizelge 2.2. Türkiye iletim sistemi mevcut hatların adedi……….…..……9 Çizelge 2.3. Türkiye iletim sistemi mevcut
trafoların kapasitesi………..………..………9 Çizelge 2.4. Türkiye enterkoneksiyon hatları ….………10 Çizelge 2.5. Yıllar itibariyle kurulu güç artışı……..……….11 Çizelge 2.6. 2008 Yılı elektrik üretim programı
ve gerçekleşmesi (GWh)……….……….14 Çizelge 2.7. 2008 yılı kurulu güç dağılımı………14 Çizelge 2.8. İletim sistemi kayıpları………..15 Çizelge 2.9. Yıllar itibariyle Türkiye genelinde elektrik tüketim
miktarı ve artış oranı ...…..……….………….15 Çizelge 2.10. Talep tahmini (Yüksek Talep)………18 Çizelge 2.11.Talep tahmini (Düşük Talep)………..………...….18 Çizelge 3.1. Türkiye iletim sistemi gerilim seviyesi limitleri……….…….…….28 Çizelge 5.1. Bara kodları………...……78 Çizelge 5.2. İletim sisteminde kullanılan hatların karakteristikleri……….….81 Çizelge 5.3. Türkiyeiİletim sisteminin bölgeleri……….……….84 Çizelge 6.3. Rüzgar santralları bağlantı durumu…..………..……97 Çizelge 6.4. Çeşme Havzasında yer alan santrallar ve kurulu güçleri……...99
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil Sayfa
Şekil 2.1 Türkiye iletim sistemi………..…………..8 Şekil 2.2. Türkiye komşu ülkelerle yaptığı
enterkoneksiyon bağlantı çalışmaları…..……….11 Şekil 2.3. 2009 yılında kaynaklarına göre
Ülkemizde Elektrik Üretimi………..11 Şekil 2.4. 2009 yılı Türkiye kurulu gücünün kaynaklara
göre dağılımı……….12 Şekil 2.5. Yıllar itibariyle kaynaklara göre güç artışı ………..…….13 Şekil 2.6. Yıllar itibariyle Türkiye’de enerji tüketimi grafiği………..16 Şekil 2.7. Yıllar itibariyle günümüz Türkiye enerji tüketim miktarı ve
ve 2018 yılına kadar tahmini tüketim miktarı….……...………17 Şekil 4.1. 6 baralı bir sistemde yük akışı………...41 Şekil 4.2. 6 baralı sistemde hatlardaki kayıbın miktarları………42
Şekil 4.3. 6 baralı sistemde 6 nolu baranın P ve Q değerlerini
değiştirmek suretiyle sistemdeki durum analizi ….………46 Şekil 4.4. Kısa devre arızalarının çeşitleri……….………63 Şekil 4.5. Jeneratöre yakın bir noktada oluşan kısa devre
akım-zaman grafiği………..65 Şekil 4.6. Jeneratöre uzak bir noktada oluşan kısa devre
akım-zaman grafiği………..………65 Şekil 4.7. Faktör µ (kısa devre açma akımını bulmak için)……….…….…..66 Şekil 5.1. PPS/E güç akış arayüzünde görünümler………..…...73
Şekil Sayfa Şekil 5.2. Sistemi oluşturan bara, generatör, trafo, v.s.
ekipmanların karakteristiklerinin girildiği sav. uzantılı
dosyada yer alan datanın görüntüsü ………74
Şekil 5.3. Sistemde datanın oluşturulmasından bir kesit………...…….75
Şekil 5.4. Sistemde yer alan tüm tesis ve teçhizatın diagram şeklinde görüntüsünü yansıtan sld uzantılı dosyadan bir kesit………..…….76
Şekil 5.5. Hatlardaki ve trafolardaki yüklenmelerin gösterimi………….……77
Şekil 5.6. Aktif ve reaktif güçlerin akışının yönünü gösteren sld dosyasından bir kesit…………...……….77
Şekil 5.7. Generatör için sav dosyasında data oluşturma………79
Şekil 5.8. Yük için sav dosyasında data oluşturma………....79
Şekil 5.9. İletim hattı için sav dosyasında data oluşturma ………80
Şekil 5.10. İletim hattının empedansı………..……80
Şekil 5.11. Çift sargılı trafolar için sav dosyasında data oluşturma……...….81
Şekil 5.1. PSS/E ‘de modellenecek trafo örneği…...………..82
Şekil 5.13. Reaktör ve kapasitör için sav dosyasında data oluşturma……...82
Şekil 5.14. Sistemin çalıştırılması sonucunda alınan rapor örneği………….83
Şekil 5.15. N-1 kısıtlılık analizi yapmak için PSS/E komutlarının gösterimi……….…85
Şekil 5.16. N-1 Analizi yapılması akabinde elde edilen rapor örneği………..85
Şekil 5.17. PSS/E’de güç sistem analizlerinin raporunun alınması………….86
Şekil 5.18. PSS/E ‘de kısa devre analizi ……….…………...87
Şekil 6.1. Lisanslandırılmış HES projelerinin güç aralığına göre sınıflandırılması………..…….92
Şekil 6.2. Yağlıdere Havza planlaması tek hat şeması………...………95
Şekil Sayfa Şekil 6.3. Çeşme Havzasında yer alan santraların
bağlantılarının coğrafik yerleşimi………..101 Şekil 6.4. Çeşme Havzasında yer alan santralların bağlantı şekli………..101 Şekil 7.1. Havza çalışması yapılmadan önceki temel durum………...105 Şekil 7.2. Havza çalışması yapılmadan önceki temel durumda
hatların yüklenmesi………112 Şekil 7.3. Temel durumda aktif ve reaktif güçlerin akışı……….. 114 Şekil 7.4. Havza planlaması için planlanan bağlantı şekli
(1. Senaryo)………..115 Şekil 7.5. Havza planlamasında yer alan baraların datasından bir kesit…116 Şekil 7.6. Datada slack bara olarak seçilen 30018 nolu baranın datası….117 Şekil 7.7. Havzada yer alan santraların jeneratörlerinin
datalarından bir kesit ………...…………...117 Şekil 7.8. Gerilimi ayarlamak için generatörün reaktif
güç dengesindeki etkisini gösteren datadan bir kesit…………..118 Şekil 7.9. Step- up Trafoların datalarının oluşturulması………119 Şekil 7.10. Havzada yer alan santraların diğer merkezlerle
arasındaki hatların datalarından bir kesit ……..………..120
Şekil 7.11. Senaryo 1 kapsamında Havza Çalışması yük akışları…………121 Şekil 7.12. Senaryo 1 kapsamında aktif ve reaktif yük akışları………..121 Şekil 7.13. Senaryo 1 kapsamında hatların yüklenmesi……….122 Şekil 7.14. Senaryo 1 için planlanan sistemin çözdürülmesi (progress)…..124 Şekil 7.15. Raporlamalarda “bus based report” seçilmesi sonucunda
elde edilen rapor………125 Şekil 7.16. Senaryo 1 için N-1 Kısıtlılık analizi raporu……….127 Şekil 7.17. Senaryo 2’ye göre oluşturulan bağlantı şeması………128
Şekil Sayfa Şekil 7.18. Senaryoya göre oluşturulan bağlantı şekli kapsamında
oluşturulan yeni hatların datasından bir kesit……..……….129 Şekil 7.19. Senaryo 2 kapsamında Havza çalışması yük akışları…….……130 Şekil 7.20. Senaryo 2 kapsamında hatların yüklenmesi……….131 Şekil 7.21. Senaryo 2 kapsamında aktif ve reaktif yük akışları………..132 Şekil 7.22. Raporlamalarda “bus based report” seçilmesi
sonucunda elde edilen rapor………133 Şekil 7.23. Senaryo 1 için N-1 Kısıtlılık analizi raporu……….134 Şekil 7.24. N-1 kısıtlılık analizi yapılan Çoklu senaryoların
karşılaştırma raporu için izlenen yöntem………135 Şekil 7.25. Kısa devre analizi yapmak için yapılması
gereken prosedür………..……….136 Şekil 7.26. Kısa devre analizi yapmak için program ayarları………..………137 Şekil 7.27. Kısa devre arıza akımının bulunacağı barada
arıza akım türüne göre arıza akımını bulma………..…..138 Şekil 7.28. Kısa devre arıza akımının PSS/E’de hesaplanması………..…..138 Şekil 7.29. Garzan HES Şaltı Tasarımı………...………..139
RESİMLERİN LİSTESİ
Resim Sayfa
Resim 6.1. HES Projeleri bölgesel dağılımı………...…93 Resim 6.2. Yağlıdere Havzası HES projeleri ………94 Resim 6.3. 1 Kasım 2007 başvurularını bölgesel dağılımı………….………96 Resim 6.4. Havzada yer alan Rüzgar santrallarının
google earth’de yerleri………...98 Resim 7.1. Havzada yer alan santraların google earth görüntüsü………...103 Resim 7. 2. Sason Çayı üzerinde yer alan santrallar ve planlanan
Sason Havza TM……….108 Resim 7.3. Mutki Çayı üzerinde yer alan santrallar ………...109 Resim 7.4. Havza planlamasında yer alan diğer bir suyun
üzerindeki santrallar………...………...110
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur.
Simgeler Açıklama
Ik” Başlangıç kısa devre akımı veya ani kısa devre
Ik Devamlı kısa devre akımı Ia Simetrik açma akımı Ie Kapanma akımı
Is Maksimum kısa devre akımı In Nominal akım
Un , UN Nominal gerilim (Fazlar arası) Uh İşletme gerilim (Fazlar arası)
U” Kısa devre başlangıç gerilimi (Faz arası) Sk” Ani kısa devre gücü
Sa Kısa devre açma gücü
Ith Nominal 1 sn’lik termik dayanım akımı
Kısaltmalar Açıklama
EPDK Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu
HES Hidroelektrik Üretim Santralı
PU Per Unit
RES Rüzgar Elektrik Santralı
TEİAŞ Türkiye Elektrik İletim Anonim Şirketi
TSE Türk Standartları Enstitüsü
1. GİRİŞ
Elektrik enerjisi, ekonominin ve sosyal hayatın en önemli girdisi ve vazgeçilemez bir unsurudur. Elektrik enerjisi temel bir maldır ve depo edilemezliği nedeniyle üretildiği anda tüketilmek zorundadır. Bu yüzden üretiminden, iletimine ve dağıtımına kadar merkezi bir planlamayı zorunlu kılar. Merkezi planlama ihtiyacın tespiti ve buna yönelik yeni üretim merkezlerinin, yeni iletim hatlarının kurulmasının yanı sıra maliyetlerinin düşürülmesini ve tüketiciye ulaşmada gerekli teknolojik yeniliklerin yapılmasını zorunlu kılar. Yani büyümenin getirdiği ek yatırımların yanı sıra yıpranmaya karşı yenileme ve yeni teknolojilere uygun alt yapıların yapılması zorunludur. Bu da ancak ve ancak merkezi bir planlama ile olanaklıdır.
Elektrik enerjisi sektöründe planlama çalışmaları yaparken şu dört ana unsuru göz önünde bulundurmak şarttır. Bunlar; elektrik enerjisinin mümkün olduğu kadar ucuz olması, elektrik enerjisi üretiminin talebi karşılamada yeterli olması, elektrik enerji üretiminin güvenilir olması, elektrik enerjisinin kaliteli ve devamlı olmasıdır.
Ülkelerin sanayileşmesinde, kalkınmasında ve gelişmişlik düzeylerinin artmasında elektrik enerjisinin etkisi tartışılamaz. Kullanım kolaylığı, temizliği ve atık bırakmaması nedeniyle, diğer enerji kaynaklarına göre elektrik enerjisi tüketiminin genel enerji tüketimi içindeki payı, sanayileşmiş ülkeler de dahil olmak üzere tüm dünyada hızla artmaktadır. Şu anda dünyada genel enerji tüketimi içinde elektrik enerjisinin payı %35’in üzerindedir. Bu payın önümüzdeki yıllarda %40-50’ye yükselmesi beklenmektedir.
Enerji üretiminden tüketimine kadar geçen tüm süreçlerde politikaların belirlenmesi ve uygun teknolojilerin seçimi önemli bir problem oluşturmaktadır. Problemin çözümünün en zor yanı ise bu karar ve
politikaların etkilerinin sadece enerji sektörü içinde kalmayıp tüm ülke ekonomisini ve çevreyi kapsamasıdır. Enerji-ekonomi-çevre etkileşimi dikkate alınarak hazırlanan senaryolar ile modellemeler yapılmakta ve çözüm önerileri hazırlanmaktadır.
Önümüzdeki dönemde Türk enerji sektörü sadece Türkiye için değil, jeopolitik konumu nedeniyle Avrasya Ülkeleri ve Hazar Bölgesi için kilit sektör durumunda olacak ve bütün ekonomik gelişmeler enerji sektörüne paralel olarak gelişecektir.
Ülkemizde 2 kW‘lık üretimle başlayan, 2020 yılında 500 milyar kWh'e [1]
ulaşılması beklenen Türkiye elektrik enerjisi talebiyle elektrik sektöründe aranılan en çarpıcı özellik güvenilirliktir. Günümüz sosyal ve ekonomik yaşamında, hızla gelişen teknolojiler çerçevesinde,
Yeterlilik,
Süreklilik,
Kalite
olmak üzere bu üç önemli faktör istenilen niteliklerdir.
4628 sayılı Elektrik Piyasası Kanununun yürürlüğe girmesi ile birlikte serbest piyasa yapısına uygun olarak bütün kullanıcıların iletim sistemine erişimini en az maliyetle sağlayacak ve hiçbir iletim darboğazına yol açmayacak yeni bir iletim planlaması metodolojisinin geliştirilmesi kaçınılmaz olmuştur.
İletim sisteminin enterkonnekte olarak çalıştırılması üretim, iletim ve dağıtım sistemlerinde bir dizi teknik kuralın koordinasyon içerisinde uygulanması ile mümkündür.
Elektrik enerjisinin frekans ve geriliminin kalitesi, sistemin stabilitesi ve arzın devamlılığı bu kuralların doğru olarak isletilmesine bağlıdır. Bu çalışmada konu sadece iletim sistemi gelişim planları yönüyle ele alınmıştır.
İletim sistemi 154 kV ve 380 kV sisteme bağlı üretim tesislerinden itibaren dağıtım sistemine kadar olan ve üretilen enerjinin tüketicilere doğrudan ve/veya dağıtım sistemi üzerinden ulaştırılmasını sağlayan Yüksek Gerilim ve Çok Yüksek Gerilim seviyesindeki tesislerdir.
İletim sistemi gelişim planlarında, enerji arzının kalitesinin ve sürekliliğinin en yüksek seviyede tutulması; ekonomik, kolay isletilebilir ve gelişime açık bir sistem tasarlanması, mevcut tesislerin ekonomik ömrü süresince kullanılması ve bunların minimum yatırım maliyeti ile gerçekleştirilmesi temel prensiplerdir.
Sistem güvenilirlik kriterleri ülkelerin gelişmişlik düzeyine ve hedeflerine bağlı olarak belirlenmekte olup, Türkiye’nin Batı Avrupa Elektrik İleticileri Birliği’ne (UCTE) entegrasyonu hedefi doğrultusunda bu sistemlerle uyumlu olacak şekilde iletim sistemi geliştirilmiştir. Bu doğrultuda, iletim sisteminin herhangi bir bileşeninin arıza dolayısıyla devre dışı kalması halinde (Birinci Arızi Durum; N-1); herhangi bir müşterinin kaybedilmemesi, sistemin kararlılığının bozulmaması ve sistemin parçalara bölünmemesi sağlanacak şekilde sistemin gelişimi planlanır [2].
İletim sisteminin iki bileşeninin aynı anda servis dışı olması (ikinci arızi durum; N-2) gibi çok ağır hallerde ise, sistem oturmalarını önlemek amacıyla zaman zaman üretim ve/veya yük atma yöntemlerine başvurulabilmektedir.
Yukarıda belirtilen prensipler doğrultusunda bir iletim sisteminin tasarlanması için;
• Yük Akışı Analizi
• Kısıtlılık Analizi
• Kısa Devre Analizi
• Kararlılık (Stabilite) Analizi
gibi bir dizi çalışma yapılmaktadır. TEİAS bu analizler için kendini dünya çapında kabul ettirmiş bir yazılımı (PSS/E) kullanmaktadır [2].
İletim Sistemi Analizinde;
• Mevcut ve plan yılında serviste olması öngörülen iletim tesisleri,
• Mevcut ve plan yılında servise girmesi beklenen üretim tesisleri ve bunların çalısma rejimleri,
• İncelenen her senaryo için (yaz puantı, kış puantı ve minimum) trafo merkezi bazında talep tahminleri (MW ve MVar)
• Trafo merkezi bazında öngörülen toplam talep ile sistem kayıplarını karşılayacak üretim senaryosu dikkate alınarak sistem modellenir ve bu varsayımlarla sistem simülasyonu yapılır.
Yapılan analizlerin sonucunda belirli bir üretim-tüketim senaryosu için;
• gerilim seviyeleri,
• iletim kayıpları,
• enerji transfer imkanları,
• iletim sisteminin yüklenme durumu belirlenir;
Yeni İletim sistemi içim yatırım kararı:
• arızalar sonucu sistemde eksik hat, trafo veya üretim kaynağının sebep olabileceği olumsuzlukların ve çözümlerinin belirlenmesi,
• teçhizatın kısa devre akımlarına dayanabilirliğinin kontrol edilmesi,
• arıza sonucu sistem elemanlarının devre dışı kalması ile sistem kararlılığının kalitesinin korunması,
• kısmi veya genel sistem çökmesinin olup olmayacağının tespiti
hususları dikkate alınır.
Türkiye İletim Sistemi planlamaları TEİAŞ tarafından yapılmaktadır. TEİAŞ ilgili mevzuatlarda yer alan kriterler doğrultusunda üretim ve tüketim dengesini sağlamak koşuluyla üretim ve tüketim tesislerinin sisteme bağlantısı çalışmalarını gerçekleştirmektedir. Bu çalışmaların özünü yukarıda bahsedilen etüt çalışmaları oluşturmaktadır. Ancak çalışmaların temelini bu etütler oluşturmuş olsa da üretim ve tüketim tesislerinin sisteme bağlantısında bazı metodolojiler geliştirilmiştir. Bunlardan biride havza planlamasıdır.
Hidrolik potansiyelinin ve rüzgar kapasitesinin yoğun olduğu bölgelerde aynı kaynağı kullanan irili ufaklı pek çok santral projesi yer almaktadır. Bu santralların ayrı hatlarla merkezlere yönlendirilmesi hem teknik hem de mali açıdan uygun olmamaktadır. Bu kapsamda birbirine yakın santraların sisteme bağlantısı için bir merkezde toplanarak ya da birbirlerinin şaltlarına bağlanmak gibi v.b. yöntemlerle sisteme güvenli bir şekilde bağlantıyı sağlayan Havza planlaması geliştirilmiştir.
Havza planlamasında, ilgili mevzuatlarda düzenlenmiş iletim sistemi işletme kriterleri esas alınmak suretiyle PSS/E’de özellikle yük akış analizleri, kısa devre analizleri yapılarak üretim tesislerinin sisteme bağlantılarına karar verilir.
Bu çerçevede, ikinci bölümde Türkiye’de mevcut elektrik iletim ve tüketim durumu, güç kayıpları ve yük tahminlerinden bahsedilmiştir. Günümüze kadar gelen tüm üretim ve tüketim tesisleri bağlantıları planlama çalışmalarının ürünüdür. İletim sisteminin gelecek yıllar için planlamasında ise yük tahminleriyle birlikte temel durumu oluştururlar.
Üçüncü bölümde, iletim planlaması kriterleri, ilgili mevzuatlar kapsamında iletim ve üretim tesislerinin tasarlanması, planlama etütleri konularına değinilmiştir.
Dördüncü bölümde, havza planlamasında yapılan ve her planlama çalışmasının temelini oluşturan yük akış analizi ve kısa devre analizleri anlatılmıştır.
Beşinci bölümde planlamaların simülasyonunun yapıldığı PSS/E programı -özellikle havza planlaması çalışmaları için gerekli olan kısımları- anlatılmıştır.
Altıncı bölümde Türkiye’de hidrolik ve rüzgar santralarının sisteme bağlantısı kapsamında havza planlamaları ve örnek havza çalışmalarına değinilmiştir.
Yedinci bölümde Bitlis-Siirt-Van İlleri sınırları içerisinde yer alan Sason Havzası, 2013 yaz datası baz alınarak PSS/E programında modellenerek yük akış, kısıtlılık ve kısa devre analizleri yapılmak suretiyle havza planlaması yapılmıştır.
2. TÜRKİYE İLETİM VE ÜRETİM SİSTEMİNİN MEVCUT DURUMU
2.1. İletim Sistemimizin Mevcut Durumu
İletim Sistemi, üretim tesislerinden itibaren gerilim seviyesi 36 kV üzerindeki hatlardan elektrik enerjisinin iletiminin gerçekleştirildiği tesislerdir (Şekil 2.1). İletim tesislerinin bileşenleri;
- İletim hatları ve kabloları,
- İletim Trafo ve Anahtarlama Merkezleri (indirici trafo merkezleri ve transformatör bulunmayan şalt sistemleri)
olarak tanımlanır.
Ülkemiz İletim Sistemi 47 301 km enerji iletim hattı, 83 042 MVA trafo gücü kapasitesi ile Avrupa’nın önde gelen İletim Sistemleri arasında yer almaktadır. 380 kV’luk Çok Yüksek Gerilim (ÇYG) ve 154 kV’luk Yüksek Gerilim Hatları, 380/154 kV’luk oto-trafolar ve 154/OG indirici trafolardan oluşan Türkiye İletim Sistemi teknik ve ekonomik açıdan avantajları nedeniyle yeterli miktarda seri kompansatörlerle donatılmıştır. İletim Sistemi gerilim seviyesi 380 kV ve 154 kV ile standartlaştırılmıştır.
Geçmişte tesis edilip kullanıma sunulmuş olan 66 kV seviyesi belli bir program dahilinde kaldırılmaktadır. Gürcistan ve Ermenistan ile olan enterkonneksiyon hattımız bu ülkelerdeki gerilim seviyesine uygun olarak 220 kV tesis edilmiştir [3,4].
Türkiye üretim ve iletim sistemi, bir Milli Yük Tevzi Merkezi (Gölbaşı) ile 9 adet Bölgesel Yük Tevzi Merkezinden (Adapazarı, Çarşamba, Keban, İzmir, Gölbaşı, İkitelli, Erzurum Çukurova ve Kepez) gözlenip yönetilmektedir. Güç sistemi işletmesi, sistemin 380 kV trafo merkezlerini ve 50 MW’ın üzerindeki tüm santralları kapsayan bir SCADA ve Enerji İşletim Sistemi Programı (EMS) ile yapılmaktadır. Sistem işleticisi (Sistem Operatörü) bu sistem sayesinde daha kaliteli bir işletme için gerekli olan
her tür sistem çalışmasını, günlük işletme programlarını ve yük frekans kontrolünü yapabilmektedir.
Şekil 2.1. Türkiye iletim sistemi
2009 yılı itibariyle Türkiye İletim hatlarının mevcut durumu aşağıda Çizelge 2.1’de yer almaktadır.
Çizelge 2.1. Türkiye iletim sistemi mevcut hatların uzunluğu
2009 yılı itibariyle Türkiye iletim hatlarının sayısı Çizelge 2.2’de yer almaktadır [3,4].
Çizelge 2.2. Türkiye iletim sistemi mevcut hatların adedi
2009 yılı itibariyle Türkiye İletim sisteminde yer alan mevcut trafo kapasiteleri Çizelge 2.3’de yer almaktadır.
Çizelge 2.3. Türkiye iletim sistemi mevcut trafoların kapasitesi
Sistemimizdeki Reaktör ve Kapasitörlerin durumu aşağıda özetlenmiştir:
2003-2007 yılları arasında devreye alınan reaktörlerin toplam kapasitesi 1000 MVAR’dır.
2008 yılı itibariyle devrede olan 154 kV Şönt Kapasitörlerin toplamı 382 MVAR’dır.
2008 yılı itibariyle devrede olan OG Şönt Kapasitörlerin toplamı 1993 MVAR’dır.
Türkiye İletim Sisteminin Komşu Ülkelerle yapmış olduğu iletim sistemi bağlantı çalışmaları Çizelge 2.4 ve Şekil 2.2’de yer almaktadır [3,4].
Çizelge 2.4. Türkiye enterkoneksiyon hatları
Şekil 2.2. Türkiye komşu ülkelerle yapmış olduğu enterkoneksiyon bağlantı çalışmaları
2.2. Türkiye Mevcut Elektrik Üretimi
Şekil 2.3. 2009 yılında kaynaklarına göre ülkemizde elektrik üretimi
Ülkemizde 2009 yılı verilerine gore kurulu güç 43 896 MW, yıllık tüketim 193,3 TWh ve maksimum tüketim 29 870 MW olmuştur. Şekil 2.3 ve Şekil 2.4’de kaynaklarına gore üretim miktarı ve oranları gösterilmektedir [2,5].
Şekil 2.4. 2009 yılı Türkiye kurulu gücünün kaynaklara göre dağılımı
Türkiye’de Yıllar itibariyle Kurulu güç artışı aşağıda yer alan Çizelge 2.5 ve Şekil 2.5’e göre olmuştur.
Çizelge 2.5. Yıllar itibariyle kurulu güç artışı
Şekil 2.5. Yıllar itibariyle kaynaklara göre güç artışı
2009 yılında, 187,7 milyar kWh olarak tahmin edilen toplam elektrik enerjisi üretimi bir önceki yıla göre %8,6 artış ile 191,5 milyar kWh ve 185,2 milyar kWh olarak tahmin edilen elektrik enerjisi tüketimi de bir önceki yıla göre %8,8 artış ile 190,0 milyar kWh olarak gerçekleşmiştir.
2009 yılı sonu itibariyle Türkiye toplam kurulu gücü 43 896 MW olmuştur.
Çizelge 2.6 ve Çizelge 2.7’de 2008 yılı elektrik üretim programı ve gerçekleşmesi ile 2008 yılı kurulu güç dağılımı gösterilmektedir.
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 (Ekim
Sonu)
MW
TERMİK HİDROLİK JEOTERMAL + RÜZGAR
Çizelge 2.6. 2008 yılı elektrik üretim programı ve gerçekleşmesi (GWh)
Çizelge 2.7. 2008 yılı kurulu güç dağılımı
2.2.1. Sistem kayıpları
Ülkemizin nüfus yoğunluğu, arz kaynaklarının yeri ve coğrafi koşullarına uygun olarak Avrupa standartlarına göre dizayn edilen iletim sistemi kayıpları, %3 civarındaki uluslar arası performans düzeyindedir (Çizelge 2.8) [5].
Çizelge 2.8. İletim sistemi kayıpları
2.3. Yıllar İtibariyle Enerji Tüketim Artışı
Çizelge 2.9. Yıllar itibariyle Türkiye genelinde elektrik tüketim miktarı ve artış oranı
Şekil 2.6. Yıllar itibariyle Türkiye’de enerji tüketimi grafiği
Türkiye elektrik enerjisi brüt tüketimi (Türkiye brüt üretimi+dış alım-dış satım) 2007 yılında %8,8 artış ile 190 Milyar kWh’a ulaşmış, ekonomik kriz sebebiyle istikrarlı tüketim artışı 2008 yılında ise %4 gerilemiş, 2009 yılında
% 2,4 gerileme ile 193,3 Milyar kWh olarak gerçekleşmiştir.
Türkiye enterkonnekte sistemi yıllar itibariyle ani puant talebi ve enerji gelişimi 2006 yılında puant talep 27 594 MW, Minimum Yük 10 545 MW olarak gerçekleşmiştir. 2007 yılında ise puant talep 29 249 MW, Minimum Yük 11 100 MW olarak gerçekleşmiştir [2-5].
2.3.1. Talep tahminleri
2005 – 2020 dönemini kapsayan Uzun Dönem Üretim Planlama Çalışması iki talep serisi üzerinden yapılmıştır [5].
İncelenen Talep Tahmin Serileri MAED Modeli sonuçlarından alınmıştır. Bu model kullanılarak ETKB enerji talep serilerini, TEİAŞ ise elektrik enerjisi talep tahmininden ve ülke elektrik enerjisi tüketim eğrilerinden (yük eğrisi) hareketle puant güç talep serilerini hazırlamıştır.
Şekil 2.7. Yıllar itibariyle günümüz Türkiye Enerji tüketim miktarı ve 2018 yılına kadar tahmini tüketim miktarı
Talep tahminleri Türkiye elektrik sistemi için geçerli olup, brüt taleptir. İletim ve dağıtım hatlarındaki kayıplar ve kaçak ile santralların iç ihtiyaçları dahildir.
Ayrıca dağıtım sistemine bağlı ve Yük Tevzi Merkezinden talimat almayan üretim tesislerinin de üretimleri bu çalışmaya dahil edilmiştir.
2005-2020 döneminde elektrik enerjisi talebinde yıllık ortalama artış Senaryo 1’e göre %7,9, Senaryo 2’ye göre %6,4’tür.
Çizelge 2.10. Talep tahmini (Yüksek Talep)
Çizelge 2.11. Talep tahmini (Düşük Talep)
2009-2010 yılları arasını içeren üretim kapasite projeksiyonu çalışmalarına göre;
• Max. Tüketim 55 053 MW (yüksek senaryo) 51 757 MW (düşük senaryo)
• Kurulu Güç Kapasitesi 56 382 MW (yüksek senaryo) 54 240 MW (düşük senaryo)
projeksiyon çalışmasında çıkan sonuçlardır [5].
3. İLETİM SİSTEMİ PLANLAMASI
İletim sistemi, öteden beri, üretim ve iletim tesisleri birlikte alınarak, kaynakların en uygun biçimde doğru ve yeterli olarak kullanılması yöntemiyle planlanmıştır. Talebi karşılayacak yeterli enerjiyi üretebilecek üretim tesislerinin en uygun yerlerde tesisi, talebin coğrafik dağılımına ve İletim sisteminin yapısına en uygun üretim planının uygulanması ve iletim sisteminin geliştirilmesi bir arada düşünerek planlamalar yapılmaktadır.
Elektrik santralleriyle tüketicilerin farklı bölgelere dağılmış olmaları ve enerji sistemlerinde optimum işletme veriminin sağlanması amacıyla, farklı güç sistemlerinin aralarında bağlanması sonucu enterkonnekte şebekeler oluşmuştur. Günümüzde bazı ülkeler arasındaki elektrik enerjisi alışverişleri de, bu ülkelerin enterkonnekte şebekelerinin birbirlerine bağlanmalarına neden olmuştur. Böylece elektrik mühendislerinin karşısına nitelikleri ve boyutları giderek büyüyen şebekelerin planlanması ve işletilmesi sırasında ortaya çıkan sorunlar da giderek karmaşık bir yapıya sahip olmakta ve bilgisayar kullanımını zorunlu kılmaktadır. Yük Akısı Analizi, Kısıtlılık Analizi (sistemdeki birincil veya (N-1) kısıtlılık durumu), Kısa Devre Analizi, Kararlılık (Stabilite) Analizi gibi bir dizi analiz yapılarak iletim sistemi gelişimi tasarlanmaktadır. Bu amaçla yaygın bir kullanımı bulunan (PSS/E) programını kullanmaktadır. Program sayesinde her bir hattaki MW ve MVAr yük akışlarının hesabı, her bir hat için aktif ve reaktif kayıplar ile sistemdeki toplam kayıpların hesabı, yük akış yönleri, v.b. bilgiler program tarafından arka planda bir takım iterasyonlarla non-lineer denklemlerin çözülmesiyle sonuçlara ulaşılmaktadır.
Mevcut güç sistemlerinin en iyi şekilde işletilmesi kadar, gelecekte sistemlerde meydana gelebilecek gelişmelerin planlanması yönünden de yük akış analizi etütlerinde elde edilen başlıca bilgiler, her barada geriliminin genliği, faz açısı ve her hatta akan aktif ve reaktif güçlerdir. Bunlardan başka,
bilgisayar çıkışlarından güç sistemi işletmeciliği ile ilgili ilave bilgiler (kısa devre analizi, kararlılık vb) de elde edilebilir.
İletim sistemi gelişim planlarında, enerji arzının kalitesinin ve sürekliliğinin en yüksek seviyede tutulması; ekonomik, kolay işletilebilir ve gelişime açık bir sistem tasarlanması, mevcut tesislerin ekonomik ömrü süresince kullanılması ve bunların yatırım maliyeti ile gerçekleştirilmesi temel prensiplerdir [1].
3.1. İletim Sistemi Planlaması ve Koşulları
Planlanan sistemde iletilen enerjinin bir iletim devresinden, bir güzergahtan veya trafo merkezi üzerinden yoğunlaşarak geçmemesi gerekir [2].
Normal yük koşullarında ana iletim koridorlarında, gerekli olandan daha fazla iletim kapasiteleri yaratılarak yüklerden uzaktaki santrallerin maksimum üretimle çalıştıkları koşullarda ve herhangi bir iletim bileşeninin arıza dolayısıyla devre dışı olması durumlarında (birinci arızi durum), yeterli iletim kapasitesi sağlanmasıdır.
Birinci arızi durum olarak tanımlanan iletim sisteminin herhangi bir bileşeninin (hat, trafo ve benzeri) arıza dolayısıyla devre dışı olması halinde; herhangi bir müşteri kaybedilmeyecek, sistemin kararlılığı (stabilite) bozulmayacak ve sistem parçalara bölünmeyecek (adalara ayrılma) şartları göz önünde bulundurulmaktadır.
İki iletim elemanının aynı anda servis dışı olması gibi çok ağır hallere tekabül eden “İkinci arızi durum” da ise, sistem oturmalarını önlemek amacıyla zaman zaman üretim veya yük atma yöntemlerine başvurulabilmektedir.
Birinci ve ikinci arızi durumların oluşmasından sonra, arızanın yer, zaman ve tipine bağlı olarak enterkonnekte sistemin bir kısmının veya tamamının
enerjisiz kalmasını önlemek üzere planlama, dizayn ve işletme aşamalarında dikkate alınan en önemli uygulamalar;
1. Yük atma,
2. Sistem elemanlarının aşırı yüklenme kontrolü, 3. Tek faz tekrar kapamadır.
İletim planlaması için yapılan etüdler;
• Yük Akışı Etüdleri,
• Kısa Devre Etüdleri,
• Transient ve Dinamik Stabilite Etüdleri,
• Gerilim Stabilitesi ve Gerilim Toparlanması Etüdleri,
• Açma kapama aşırı gerilimleri, seri kapasitör seçimi ve “sub senkron rezonans olayının incelendiği etüdler yapılmaktadır. Yapılan İletim Sistemi etüdleri:
5 yıl için 380 kV ve 154 kV sistemi,
10 yıl için sadece 380 kV sistemi,
İçerecek şekilde
Kış puantı
Yaz puantı
İkbahar puantı
Çalışma şartlarındaki veriler kullanılarak hazırlanmaktadır. Türkiye Elektrik Sisteminin Elektriksel Modeli mevcut sistemin yanıra ileriki yılları kapsayacak şekilde oluşturulmaktadır.
Mevcut 380 kV ve 154 kV iletim tesisleri ve iletim sistemine bağlı üretim tesisleri, orta ve uzun dönem Türkiye genel puant talep tahmini, Mevcut trafo merkezlerinin geçmiş yıllardaki yük ve enerji trendi karakteristiği dikkate alınarak bara bazında yaz ve kış puant ile ilkbahar minimum senaryolar için yük tahmini şeklinde olmuştur.
Yüksek Gerilim (YG) ve Çok Yüksek Gerilim (ÇYG) sistemi gelişim etütlerinde göz önüne alınan ana prensipler şunlardır:
• Enerji arz kalitesini ve sürekliliğini en yüksek seviyede tutmak,
• Ekonomik, kolay işletilebilir ve gelişime açık bir sistem tasarlamak,
• Yatırımları optimal bir şekilde planlamak,
• Mevcut tesisleri ekonomik ömrü süresince kullanmak.
İletim sisteminin gelişimine paralel olarak planlama kriterlerinin uygulanması sistemin sağlıklı bir şekilde işletilebilmesi için büyük önem arz etmektedir.
İletim tesisleri yatırımları pahalı ve yapımı uzun süre alan, işletilmesi ülke ekonomisine etkileri açısından büyük önem taşıyan sistemler olduğundan bölgesel gelişim hedeflerinin iyi tespit edilmesi, yük tahminlerinin ve üretim kapasite artışlarının sağlıklı belirlenmesi gerekmektedir.
İletim Sistemi Planlamasının sağlıklı yapılabilmesi için aşağıdaki şartların sağlanması gerekmektedir.
• Enerji talebine göre yapılması gereken üretim tesislerinin kapasite, yer ve zamanlamasının iletim sistemi planlama ve gerçekleştirilmesine imkan verecek bir plan çerçevesinde yürütülmesi,
• İletim sisteminin sağlıklı gelişebilmesi için Dağıtım Şirketlerince doğru yük tahminlerinin yapılması ve yüklerin sürekli takip edilerek 2-3 yılda bir gerçekleşen yüklere göre tahminlerin revize edilmesi,
• Mevcut düşük kesitli konvansiyonel iletkenli hatların aynı direkler kullanılarak iletkeninin yeni geliştirilmiş iletkenlerle değiştirilerek taşıma kapasitesinin arttırılması,
• SCADA ve bu kapsamda uzaktan kumanda, sistem işletmesi yönetim yazılımları uygulamalarının geliştirilmesi,
• Üretim, iletim ve dağıtım sistemi yatırımlarının koordinasyon içinde eşzamanlı yapılması,
• Arıza sayısının ve süresinin azaltılabilmesi için iletim tesislerinde koruyucu bakım ve enerjili bakım için teçhizat ve teknik personel eğitiminin temini ve mevcut mevzuatta gerekli değişikliklerin yapılması.
3.2. İletim Sistemi Analizleri Güvenilirlik Kriterleri
a) N-1 (Birinci arızi durum) kısıtlılık durumu
İletim sisteminin herhangi bir bileşeninin arıza dolayısıyla devre dışı olması halinde; herhangi bir müşterinin kaybedilmemesi, sistemin kararlılığının bozulmaması ve sistemin parçalara bölünmemesi gerekmektedir [6-7].
Birincil veya (N-1) kısıtlılık aşağıdaki durumları içermektedir.
1) Bir iletim devresinin, 2) Bir üretim ünitesinin,
3) Üretim tesisinin iletim sistemine bağlantı elemanlarından birinin,
4) Senkron kompansatör, statik Var kompansatör, şönt reaktör, kapasitör gibi bir şönt kompanzasyon ünitesinin,
5) Bir seri kompanzasyon ünitesinin, 6) Bir transformatör ünitesinin, 7) Bir harici enterkonneksiyonun,
gibi açma işlemi sonucunda sistemden ayrılmasıdır.
b) N-2 (Birinci arızi durum) kısıtlılık durumu
İki iletim elemanının aynı anda servis dışı olması gibi çok ağır hallerde ise, sistem oturmalarını önlemek amacıyla zaman zaman üretim veya yük atma yöntemlerine başvurulabilmektedir.
İkincil veya (N-2) kısıtlılık aşağıdaki durumları içermektedir.
1) İletim devresi ile buna bağımlı olmaksızın açan ikinci bir iletim devresinin, 2) İletim devresi ile bir transformatör ünitesinin,
3) İletim devresi ile üretim tesisinin iletim sistemine bağlantı elemanlarından birinin,
4) Üretim tesisinin iletim sistemine bağlantı elemanlarından biri ile bir şönt kompanzasyon ünitesinin,
5) Üretim tesisinin iletim sistemine bağlantı elemanlarından biri ile bir seri kompanzasyon ünitesinin,
6) Transformatör ünitesi ile ikinci bir transformatör ünitesinin, 7) Transformatör ünitesi ile bir şönt kompanzasyon ünitesinin,
8) Şönt kompanzasyon ünitesi ile ikinci bir şönt kompanzasyon ünitesinin, 9) İletim devresi ile bir şönt kompanzasyon ünitesinin,
10) Bir üretim ünitesi ile bir iletim devresinin, 11) Bir üretim ünitesi ile bir transformatör ünitesi, 12) Bir üretim ünitesi ile ikinci bir üretim ünitesinin,
13) Bir üretim ünitesi ile bir şönt kompanzasyon ünitesinin,
14) Bir iletim devresi ve bu devre ile ilişkili diğer bir hattın seri kompanzasyon ünitesinin,
15) Transformatör ünitesi ile bir seri kompanzasyon ünitesinin, 16) Bir üretim ünitesi ile bir seri kompanzasyon ünitesinin, 17) Aynı direkteki çift devre hattın,
18) Üretim tesisinin iletim sistemine bağlantı elemanlarından biri ile bir transformatör ünitesinin
gibi açma işlemleri sonucunda sistemden ayrılmasıdır.
c) Yük akışı analizi
En temel analiz ve diğer analizlerin bazıdır. Belirli bir üretim-tüketim durumu için gerilim seviyeleri, iletim kayıpları, enerjiyi transfer imkanları, iletim sisteminin yüklenme durumu belirlenir.
d) Kısa Devre Analizi
Teçhizatın dayanabilirliğini kontrol etmek için yapılır.
e) Kararlılık Analizi
Arızalar sonucu elemanların devre dışı kalması ile sistem kararlılığının kalitesinin korunması (kısmi veya genel enerji kesintisi olup olmayacağının belirlenmesi)
İletim Sistemi Analizinde;
• Mevcut ve plan yılında serviste olması öngörülen iletim tesisleri (üretim ve iletim tesisleri sisteme farklı zamanlarda katılacağından),
• Mevcut ve plan yılında servise girmesi beklenen üretim santralları tesisleri ve bunların çalısma rejimleri,
• İncelenen her senaryo için (yaz puantı, kıs puantı ve minimum) trafo merkezi bazında talep tahminleri (MW ve MVar)
• Trafo merkezi bazında öngörülen toplam talep ile sistem kayıplarını karşılayacak üretim senaryosu dikkate alınarak sistem modellenir ve bu varsayımlarla sistem simülasyonu yapılır.
Yapılan analizlerin sonucunda belirli bir üretim-tüketim senaryosu için;
• gerilim seviyeleri,
• iletim kayıpları,
• enerji transfer imkanları,
• iletim sisteminin yüklenme durumu belirlenir;
Yeni İletim sistemi içim yatırım kararı alınmasında aşağıdaki durumlar dikkate alınır.
• arızalar sonucu sistemde eksik hat, trafo veya üretim kaynagının sebep olabileceği olumsuzlukların ve çözümlerinin belirlenmesi,
• teçhizatın kısa devre akımlarına dayanabilirliğinin kontrol edilmesi,
• arıza sonucu sistem elemanlarının devre dısı kalması ile sistem kararlılığının kalitesinin korunması,
• kısmi veya genel sistem çökmesinin olup olmayacağının tespiti hususları dikkate alınarak alınır.
3.3. Mevzuata Göre İletim Sisteminin Planlama ve Tasarım Esasları
İletim sistemi planlaması, 4628 sayılı Elektrik Piyasası Kanununa dayanılarak hazırlanan Elektrik Piyasası Şebeke Yönetmeliği ve İletim Sistemi Arz Güvenilirliği ve Kalitesi Yönetmeliği ’nde yer alan iletim sistemine ilişkin tasarım esasları, arz kalitesi koşulları ve işletme esasları dahilinde TEİAŞ tarafından yapılmaktadır.
3.3.1. Mevzuata göre iletim sisteminin planlamasına esas işletim kriterleri
İletim sistemini ilgili mevzuatta yer alan usul ve esaslara göre TEİAŞ, planlar ve geliştirir. İletim sistemi; sistemin normal çalışma koşullarında, santralların
azami üretimini sisteme aktarmaları ve sistemdeki birincil veya (N-1) kısıtlılık durumunda, gerilim ve frekansın söz konusu Yönetmeliklerde belirlenen limitler içerisinde kalması sağlanarak, iletim tesislerinin termik limitlerin altında yüklenmesini, herhangi bir kullanıcının kaybedilmemesini, sistem kararlılığının bozulmamasını ve sistemin adalara bölünmemesini sağlayacak şekilde planlanır.
İletim sistemindeki ikincil veya (N-2) kısıtlılık hallerinde, sistemin oturmasını önlemek amacıyla üretim veya yük atma yöntemlerine başvurulabilir [6,7].
Gerilim;
Çizelge 3.1. Türkiye iletim sistemi gerilim seviyesi limitleri
Sistem Gerilim Limitleri (kV)
Nominal Gerilim İşletme Limitleri Planlama Limitleri
380 420 340 420 370
154 170 140 162 146
Normal işletme koşullarında; 380 kV’lik iletim sistemi 340 kV ile 420 kV, 154 kV’lik iletim sistemi ise 140 kV ile 170 kV aralıklarında çalıştırılır. 66 kV ve altındaki iletim sistemi için gerilim değişim aralığı % 10’dur. Ayrıca, iletim sistemi içerisindeki mevcut dağıtım seviyesi ve iç ihtiyaçlar için gerilim seviyeleri 34,5 kV, 33 kV, 31,5 kV, 15,8 kV, 10,5 kV ve 6,3 kV’dir. İletim planlaması yapılırken baralarda yukarıda bahsedilen gerilim aralıklarına dikkat edilir.
380 kV ve 154 kV sistemler gerilim sınır değerlerine göre planlanır ve işletilir.
İşletme gerilim sınırları, arıza sonrası ünite ana güç transformatörünün kademe ayarları değiştirilmeden veya şönt kompanzasyon anahtarlaması yapılmadan önceki değerler olarak uygulanır.
Frekans
Sistemin nominal frekansı TEİAŞ tarafından 50 Hertz (Hz) etrafında 49,8 – 50,2 Hz aralığında kontrol edilir. İşletme sınırı 10 dakikadan daha uzun süre geçilemez. Normal sistem işletmesi ve otomatik üretim kontrolü için hedef sistem frekansı 49,95 – 50,05 Hz arasındadır.
Çeşitli üretim ve/veya talep kaybı durumları için frekans sapmaları;
a) 200 MW’ı geçmeyen üretim veya talep değişimlerinde 0,2 Hz’den, b) 200 MW’tan 600 MW’a kadar olan üretim veya talep değişimlerinde
0,5 Hz’den,
c) Puant yükte 600 MW’tan 770 MW’a kadar olan üretim veya talep değişimlerinde 0,8 Hz’den daha fazla olamaz ve bu limitler 60 saniyeden daha uzun bir süre ile aşılamaz.
Üretim tesisleri; bu maddede tanımlananlardan daha ağır bir kısıtlılık olayının gerçekleşmesi, elektrik sisteminin tamamen veya kısmen istem dışı enerjisiz kalması gibi durumlarda, frekansın 5,.0 Hz’e yükselebileceği veya 47 Hz’e düşebileceği göz önünde bulundurularak, Elektrik Piyasası Şebeke Yönetmeliği hükümleri çerçevesinde tasarlanır.
Hedeflenen işletme koşulları: 49,8 Hz ≤ f ≤50,2 Hz Kabul edilebilir işletme koşulları: 49,5 Hz ≤ f < 49,8 Hz ve 50,2 Hz < f ≤ 50,5 Hz
Kritik işletme koşulları: 47,5Hz ≤ f < 49,5Hz ve 50,5Hz < f ≤ 51,5Hz Kararsız işletme koşulları: f < 47,5 Hz ve 51,5 Hz < f
İletim sistemine doğrudan bağlı tüketiciler ve dağıtım lisansına sahip tüzel kişiler tarafından; iletim sistemine bağlantıyla ilgili her bir ölçüm noktasında ve her bir uzlaşma periyodunda, sistemden çekilen endüktif reaktif enerjinin sistemden çekilen aktif enerjiye oranı yüzde yirmiyi, sisteme verilen kapasitif reaktif enerjinin sistemden çekilen aktif enerjiye oranı ise % 15’i geçemez.
İletim sisteminin her bir ölçüm noktasında öngörülen orana uyulmaması durumunda kullanıcılara uygulanacak yaptırımlar bağlantı ve sistem kullanım anlaşmalarında düzenlenir.
İletim sistemi, ilgili planlama yılı için, sistem puant yükünün %5 üzerindeki bir yüklenme durumunda, gerilimler yukarıda belirtilen limitler içerisinde kalacak şekilde planlanır.
İletim sistemi 380 kV teçhizatımız 400 kV’a dayanacak şekilde tasarlanmış olmasına rağmen 380 kV çalıştırılmakta olup, UCTE sistemiyle senkron paralel çalışmanın başladığı tarihten itibaren 380 kV gerilim seviyesi 420 kV’ye yükseltilir.
3.3.2. Mevzuata göre iletim sisteminin tasarım esasları
İletim planlamasında 380 kV ve 154 kV iletim sisteminin tesis ve teçhizatının tasarımı ve geliştirilmesinde aşağıdaki hususlar dikkate alınır [6-7]:
a) Bir transformatör merkezine bağlanacak 380 kV hat fiderlerin sayısı en fazla yedi, 154 kV hat fiderlerin sayısı en fazla on adet olarak tasarlanır.
Ancak, kısa devre arıza akım seviyelerinin limitler dahilinde kalması, ekonomik durum ve sistem güvenliği dikkate alınarak daha fazla fiderin bağlantısı yapılabilir.
b) İletim sistemi; hidroelektrik ve termik üniteler eş zamanlı olarak maksimum üretimle çalışırken, birincil veya (N-1) kısıtlılık durumunda iletim kapasitesinin yeterli olmasını sağlayacak şekilde tasarlanır.
c) 380 kV transformatör merkezlerinin 380 kV ve 154 kV kısımları, iki ana ve bir transfer bara düzeninde, transfer ve kuplaj fiderli veya tek kesicili transfer-kuplaj fiderli olarak tasarlanır.
d) Yeni kurulacak 380/154 kV transformatör merkezleri; 4x250 MVA veya 6x250 MVA, özel durumlarda ise 8x250 MVA transformatör düzeninde tasarlanır.
e) 154 kV transformatör merkezlerinin 154 kV kısmı iki ana bara düzeninde, kuplaj fiderli olarak tasarlanır. 154 kV transformatör merkezleri, sistemin
“bölgesel ada” veya “katlı” şebeke şeklinde işletilmesine imkan verecek şekilde iki ana bara düzeninde kuplaj fiderli olarak tasarlanır.
f) 154 kV sistemi dağıtım sistemine bağlayan yeni transformatör merkezleri 2x100 MVA, 3x100 MVA, 4x100 MVA şeklinde tasarlanır. Yeni transformatör merkezlerinde tasarım 100 MVA kurulu gücünde transformatöre göre yapılmakla birlikte fiili yüklere göre daha küçük kurulu güçte transformatörler kullanılabilir. Transformatörlerin fiili yükleri, kurulu gücünün %70’ine ulaştığı takdirde, kapasite artırımı planlanır. 100 MVA transformatör için 34,5 kV hat fiderlerinin sayısı, bir tanesi stratejik yükler için kullanılmak üzere, 8+1 olarak tasarlanır.
154 kV sistemi dağıtım sistemine bağlayan bir transformatörün sekonder sargısının nötr noktası 1000 A’lik direnç üzerinden topraklanır.
g) Direkt transformasyonun gerekli olduğu hallerde, 380 kV sistemi dağıtım sistemine bağlayan transformatörler 380/33,6 kV ve 125 MVA olarak
tasarlanır. Yıldız-üçgen bağlı 380/33,6 kV gerilim seviyeli bu transformatörler topraklama transformatörü kullanılarak topraklanır.
h) Tek faz alternatif akı ile beslenen yükler ve 3 faz dalgalı yükler, sistemin kısa devre gücünün yeterli yükseklikte olduğu noktalarına bağlanır. Tek faz alternatif akım yüklerini besleyen indirici transformatör merkezleri, gerilim dengesizliklerini azaltmak için farklı faz çiftleri arasına bağlanır.
Sistem kısa devre gücünün yeterli yükseklikte olmadığı noktalarda tek faz alternatif akım yüklerini besleyen indirici transformatör merkezleri, gerilim dengesizliklerini azaltmak için sisteme üç faz olarak bağlanır.
i) İletim sistemi şalt teçhizatı için kısa devre arıza akımına dayanma kapasitesi 380 kV için 50 kA, 154 kV için 31,5 kA’dir. 33 kV gerilim seviyesinde de kısa devre arıza akımları 16 kA ile sınırlandırılır.
j) 380 kV ve 154 kV sistem tasarımlarında, TEİAŞ tarafından aksi belirtilmedikçe, toprak arıza faktörü 1,4 olarak kabul edilir.
k) 380 kV uzun iletim hatlarında gerektiğinde hattın endüktif reaktansını düşürmek için seri kapasitörler kullanılır.
380 kV sistemde tesis edilen şönt reaktörlerin standart kapasiteleri 60 MVAr, 80 MVAr, 100 MVAr, 120 MVAr ve 150 MVAr’dır. 154 kV sistemde tesis edilen şönt reaktörlerin standart kapasiteleri ise 5 MVAr, 10 MVAr ve 20 MVAr’dır. Şönt reaktörler 420 kV ve 170 kV’de sürekli çalışabilecek şekilde tasarlanır.
154 kV transformatör merkezlerindeki 25 MVA, 50 MVA, 100 MVA ve 125 MVA transformatörlerin sekonder tarafındaki baraya güç faktörünün düzeltilmesi amacıyla 5 MVAr, 10 MVAr ve 2x10 MVAr gücünde şönt kapasitör grupları tesis edilir. Şönt kapasitörler, transformatör
kapasitesinin %20’sini geçmeyecek şekilde ve gerektiğinde ayrı fiderlere bağlı iki kapasitör grubu şeklinde tesis edilir.
p) İletim hatlarının güzergahlarının ve transformatör merkezlerinin yerlerinin seçiminde, teknik, ekonomik, sosyal ve çevrenin korunmasına yönelik hususlar ile ilgili mevzuat dikkate alınır. İletim sistemi master planlarının ilgili belediyelerin imar planlarında yer alması sağlanır, bu imar planlarına bağlı kalınıp kalınmadığı takip edilir ve iletim hatlarının kamulaştırma işlemleri en kısa sürede sonuçlandırılır.
Nüfusun yoğun olduğu yerleşim merkezlerinde ve sanayi bölgelerinde şartlar göz önünde bulundurularak, düşük kapasiteli iletim hatları aynı güzergah üzerinde yüksek kapasiteli çok devreli iletim hatları ile yenilenir.
Transformatör merkezleri, elektrik sistemi tesis ve teçhizatı için geliştirilen, onaylanan ve kullanılan uluslararası tasarım, tesis, imalat ve performans standartlarına uygun olarak uzaktan insansız çalıştırılabilecek şekilde gerekli altyapı ile tasarımlanır ve tesis edilir.
s) 380 kV iletim hatları, standart 954 MCM Cardinal (546 mm2) ve 1272 MCM Pheasant (726 mm2) kesitli iletkenler kullanılarak tesis edilir.
t) 154 kV iletim hatları, standart 468 mm2 795 MCM Drake, 546 mm 954 MCM Cardinal ve 726 mm2 1272 MCM Pheasant olan iletken bulunur.
Çok yüksek talep bölgelerinde iletim hatlarının taşıma kapasitesini arttırmak için 154 kV ikili demet cardinal iletkenli çift devre stratejik kısa hatlar tesis edilir.
Yeni tesis edilen iletim hatlarında standart çelik toprak tellerinden biri yerine, 380 kV ve 154 kV hatlarda 15,2 (0,3) mm çaplı toprak iletkeni ve bunun içine yerleştirilmiş fiber optik lifler kullanılır.
İletim sisteminin işletimi ve enerji yönetiminin gereksinim duyduğu ses, bilgi ve koruma sinyalizasyon amaçlı iletişim için iletişim ortamı tesis edilir. İletişim ortamı, gerektiğinde diğer kamu ve özel iletişim gereksinimleri için de kullandırılabilir.
İşletmede olan iletim hatlarındaki koruma iletkenleri ihtiyaç duyulduğunda fiber optikli koruma iletkeni ile değiştirilir.
3.3.3. Mevzuata göre üretim şalt tesisleri tasarım esasları
İletim Planlaması çerçevesinde üretim şalt tesislerinin tasarımı ve geliştirilmesinde aşağıdaki hususlar dikkate alınır [6-7];
a) Toplam çıkış gücü 1500 MW’tan az olan üretim tesislerinin sisteme olan bağlantısı, bir iletim devresinin kaybı veya birincil veya (N-1) kısıtlılık durumunda hiçbir üretim kaybı olmayacak ve üretimin tamamı sisteme aktarılabilecek şekilde yapılır.
b) Toplam çıkış gücü 1500 MW’tan fazla olan üretim tesislerinin bağlantısı, iki iletim devresinin kaybı veya ikincil veya (N-2) kısıtlılık durumunda üretiminin en az %80’ini sisteme aktarabilecek şekilde yapılır.
c) Birbiriyle ilişkili iki iletim hattının kaybı veya ikincil veya (N-2) kısıtlılık durumunda ortaya çıkacak üretim kaybı 1200 MW’ı aşamaz.
d) İletim sistemi ve üretim şalt tesisleri; bir iletim devresi veya bara bakım onarım nedeniyle devre dışı edilmiş iken diğer bir iletim devresinin veya baranın arıza nedeniyle devre dışı olması durumunda, sistemdeki en büyük üretim ünitesinden daha fazla üretim kaybına yol açmayacak şekilde tasarımlanır ve tesis edilir.
e) Üretim tesisinin iletim sistemine bağlantısı için belirlenen iletim kapasitesi, herhangi bir arızadan önce;
1) Teçhizatın kapasitesinin üzerinde yüklenmemesi,
2) Gerilimlerin normal işletme koşulları için belirlenen sınırların dışına çıkmaması ve gerilim regülasyonunun yetersiz kalmaması,
3) Sistemin kararlılığını kaybetmemesi, şartları sağlanacak şekilde planlanır.
f) Üretim tesisi ve iletim sistemi arasındaki bağlantının kapasitesi, aynı zamanda;
1) Bir iletim devresi ile bir kompansatör veya bir reaktif güç sağlayıcısının, 2) İki iletim devresi veya bir iletim devresi ile daha önce devre dışı olmuş
diğer bir iletim devresinin, 3) Baranın birinin,
4) Bir iletim devresi ile daha önce devre dışı olmuş bir üretim ünitesi, bir kompansatör veya bir reaktif güç sağlayıcının,
herhangi birinin arıza nedeniyle devre dışı olması dikkate alınarak planlanır. Bu bentte belirtilen arızalardan dolayı devre dışı olmalarda iletim sistemi; sistem kararsızlığı gerçekleşmeyecek şekilde planlanır.
ı) Bir bağlantı noktasında, sistemin kısa devre gücünün en fazla %5’i kadar kurulu güçte rüzgâr enerjisine dayalı üretim tesisi bağlantısına izin verilir.
Rüzgâr enerjisine dayalı üretim tesislerinin sisteme bağlantısında Elektrik Piyasası Şebeke Yönetmeliği’nin EK-18 hükümleri uygulanır.
i) Nükleer enerjiye dayalı üretim tesislerinin bağlantısı, iki iletim devresinin kaybı veya ikincil veya (N-2) kısıtlılık durumunda üretiminin tamamını sisteme aktarabilecek şekilde yapılır.
4. GÜÇ SİSTEM ANALİZLERİ
4.1. Yük Akış Analizi
Güç Sistem Analizi birkaç ülke büyüklüğünde ya da küçük bir yerleşim bölgesinde yer alan sistemin (jeneratör, yük ya da hatları içeren tüm elektrik sisteminin) çalışmasını tanımlamaktadır. Güç sistem analizi farklı yerlerde üretilen ve tüketilen gücün miktarı gibi kesin değerleri bilinen büyüklükler verilerek diğer bilinmeyenlerin bulunmasını sağlar. Bu büyüklüklerden en önemlisi akımın büyüklüğü, açısı ve zaman elemanını bulmamıza yardım eden alternatif gerilimdir. Gerilimi bulduğumuzda her bir iletim hattından geçen akımı hesaplamamız çok kolay olur ve bununla beraber sistemin herhangi bir yerinde yaşanan sıkıntıları tespit edebiliriz. Güç akışı (ya da yük akışı) gücün nereden gelip nereye gittiğini görmemizi sağlar .
Gerçek bir güç sistemi bir çok bara ve bir çok hattan oluşmaktadır. Normalde küçük bir d.c. elektrik devresini matematiksel olarak çözümlemek kolay olmasına karşın yük ve güç kaynaklarından oluşan küçük a.c. devrelerinde değişkenler arasındaki ilişkiyi formülüze etmek oldukça zordur. Bu durumda sadece yineleme ve ardışık yaklaşımlarda bulunarak nümerik analizler yapılabilir. Yük akış analizini yapan pek çok bilgisayar programı bulunmaktadır. Türkiye iletim sisteminin planlamasında PSS/E programı kullanılmaktadır.
Bir sistemi analiz etmek için, aralarında empedans olan baralar referans alınır. Bu baralar arasında potansiyel fark vardır. Bir bara elektriksel olarak devre analizindeki bir noktaya denktir. Bara, bir sisteme güç üreten jeneratörün ya da güç tüketen yükün bulunduğu yeri işaret eder.
Baralar birbirine iletim hatlarıyla bağlıdır. a.c. iletim hatları üç fazdan oluşur.
Fakat üç faz, modellemede tek hatla gösterilmektedir. Simulasyonda oluşturulan diagram bundan dolayı tek hat diagramı olarak adlandırılır. Ama
