YÜKSEK GERİLİM DC (HVDC) İLETİMİNDEKİ GELİŞMELER VE KKTC İÇİN UYGULAMA OLASILIKLARI
Özgür Cemal Özerdem
Yakın Doğu Üniversitesi, Elekrtik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü oozerdem@neu.edu.tr
ÖZETÇE
DC yüksek gerilim teknikleri dünyada geniş uygulama alanlarıyla kendisini kabul ettirmiştir.
Bilindiği gibi bir güç hattında HVDC kullanmak çoğu zaman en iyi ve ekonomik alternatif olmanın yanında çevre açısından da çok fayda sağlar. HVDC sistemi ile güç akışı hızlı ve hassas olarak hem güç seviyesi hem de yön olarak kontrol edilebilir. Diğer yandan yeni AC iletim hatlarının kurulmasının güç veya imkansız olduğu bölgelerde mevcut mevcut dağıtım sisteminin kapasitesi AC hatları HVDCye çevrilerek çok etkili bir biçimde yükseltilebilir.Günümüzün çok önemli diğer bir konusu ise düşük Dc hat yaratmak ve küçük ölçekli DG (genelde asenkron) lerin ana AC hatlarına verilmesidir. Bu çalışma HVDC konusuna genel bir bakış, yeni çalışmalar ve KKTC açısından uygulanabilirliği irdelemektedir.
1. HVDC NEDİR?
HVDC (High Voltage Direct Current) Türkçe Yüksek Gerilim Doğru Akım olarak çevrilebilir fakat tüm dünyada HVDC bir teknik terim olarak kullanıldığından yazıdada bu şekilde kullanılacaktır.
HVDC ile ilgili araştırmalar 1920 lerde başlamasına karşın ilk uygulama 1954 de İsveç ile baltık denizindeki Gotland adası arasında 20 MW lık 100kV luk 96 km lik bir proje ile hayata geçirilmiştir.1970 de Tristör valflarının Şekil 1 kullanılmasıyla kullanımı ivme kazanmıştır ve 1987 de şu anda dadünyanın en büyük HVDC projesi olan Brezilyadaki 6.3 GW lık 600kV ve 800 km lik proje hayata geçirilmiştir. HVDC dünyada şu anda 80 projeden fazla projede yaklaşık 60,000 MW lık DC iletim için kullanılan kendini kanıtlamış bir tekniktir[2].
Üç değişik kategoride uygulanmaktadır.
i. Noktadan Noktaya İletim
Dünyadaki çoğu uygulama havai hat veya deniz altından olmak üzere iki terminal arasındadır. İki değişik teknik vardır:
Şekil 1. Tristör vanaları
i) Bir çok uygulamada konvertör istasyonları arasında kullanılan tek hat tekniği. Bu teknikte iletim monopolar dır ve toprak dönüş olarak kullanılır Şekil 2.
ii) Bipolar iletim yani iki hattın kullanıldığı teknik. Burada bir hatta bir arıza olması durumunda diğeri iletime devam edbilir Şekil 3.
Şekil 2. Monopol HVDC iletim
Şekil 3. Bipolar HVDC iletim 1. Geriden Dönüşüm İstasyonları
Bu uygulamadan dünyada birkaç tane var.
Burada Konverter ve İnverter ayni istasyon içerisinde kurulur ve genellikle ayni veye farklı frekansa sahip iki iletim ağını birbirine asenkron bağlamak için kullanılır
2. Çok Terminalli İstasyonlar
İkiden çok konverter terminali gerektiren uygulamalar. Daha kompleks bir yapı gerektirir. Ara konverter terminalleri vardır ve dünyada şu anda sadece bir uygulaması vardır (2000 MW Hydro Quebec-New England).
Şekil 4. HVDC Konverter istasyonu
2. NEDEN HVDC ?
DC iletimin tercih konusu olması için bazı avantajlarının olması gerekir bunlar aşağıda sıralandığı gibidir.
2.1. Düşük yatırım maliyeti
DC iletim hatları AC iletim hatlarından daha ucuza malolur, fakat HVDC AC-DC ve DC-AC konverter istasyonları yatırımları dikkate alınmalıdır.
Tüm yatırım maliyet faktörleri incelendiğinde görülmüştür ki Havai hatlarda 500-800km üzeri ve Deniz Altından yaklaşık 50 km üzeri mesafeler için HVDC çok daha avantajlıdır[3].
2.2. Düşük Kayıplar
Ayni güç miktarı için DC iletim hatlarındaki kayıplar istasyonlardaki kayıplar(%0.6) eklense dahi AC iletimhatlarına göre çok düşüktür[2].
2.3. Deniz Altından İletim
Uzun mesafelerde yuksek kablo kapasitansından kaynaklanan reaktif güç akışı maksimum iletim mesafesini kısıtlamaktadır. DC iletimde böyle bir sınırlama yok. İsveç Almanya arsında 250 km lik bir HVDC kablo iletimdedir Şekil5.
Şekil 5. HVDC kablo
2.4. Asenkron Bağlantı
Birbirine senkron olmayan (ayni frekansta olsa dahi) iletim ağları arasında güç alışverişini sağlamak için tek yol HVDC dir.
2.5. Kontrol Kolaylığı
HVDC uygulamalarının çoğunda ana kontrol sabit güç transferine dayanır. Kontroller uygulamaya göre değişir. Bir çok durumda DC bağlantı ana AC sistemin performansını geliştirmek için kullanılabilir.
Günümüzün gelişmiş yarı iletken teknolojisi ve programlanabilir kontrol cihazlarıyla DC iletim için sonsuz kontrol seçenekleri yaratmak mümkündür.
Ayrıca PSCAD veya EMTDC gibi bazı yazılım programlarını kullanmakda kontrol açısından kolaylık sağlayabilir.
Konverter istasyonu
Kontrol
devresi
iletişim 2.5.Çevre
Yeni ve özellikle yakıt kullanan Elektrik Santralleri kurmak yerine mümkün olan durumlarda mevcut fazla üretimi dağıtmak çevre açısından daha yararlıdır. DC iletimse AC ye göre daha az elektromanyetik dalga üretmesi açısından avantajlıdır.
3. HVDC LIGHT NEDİR?
HVDC ABB tarafından geliştirilen yeni bir DC güç transfer sistemidir. Özellikle orta ve küçük ölçekli üretim ve dağıtım uygulamaları için uygundur. HVDC light birkaç MW tan 300 MW ta kadar bir güç aralığında
±
150 kV ta kadar iletim sağlayabilir ve üniteler paralel bağlanabilir. HVDC light iki elemandan oluşur Şekil 6.i- Konverter istasyonları ii- Bir çift kablo
DC
AC2 AC1
Şekil 6. HVDC light sistemi
3.1. İstasyonlar
İstasyonlar genelde Voltaj Kaynaklı Konverterler olup IGBT yarıiletken teknolojisiyle üretilirler. HVDC light modüler bir sistem olup belli bazı standartlarda üretilir.Çoğu ekipman fabrika ortamında birleştirilip istasyon için ayrılan alana kurulur. Bu kolaylık kurulum açısından zaman kazandırır. 65 MVA lık bir istasyon için yaklaşık 800 m2 lik bir alana ihtiyaç duyulur ve bu istasyon yaklaşık 12 ay gibi bir sürede teslim edilebilir ve doğal görüntüye adaptasyon sağlanabilir.
İstasyonların bakımı çok azdır ve sadece AC kesiciler ve soğutucu fan ve pompa gibi elemanlar bakımdan geçirilir. İstasyonlar arasında iletişim hattına ihtiyaç yoktur.[2].
3.2. Kablolar
Daha önceki uygulamalar iki tip kabloyla yapılıyordu. Bunlar MIND (Yükyek viskoziteli yağ ve kağıt kaplamalı), LPOF (Düşük viskoziteli yağ ve kağıt kaplamalı)
Kablolar.
Yeni HVDC light kablolar ise polimer kabloar ise çok yüksek mekanik esneklik ve dayanıklılığı nedeniyle çok derin denizlere ve zorlu deniz tabanlarına dahi serilebilir dayanıklılıktadır. Bu polimerik madde kablonun ustüne uygulanacak güçlü darbeler ve sürekli katlanmaya dayanıklılık kazandırıyor. DC kablolar çift galvanize çelik zırhlarından dolayı magnetik olmayan daha az dayanıklı AC kablolara göre daha avantajlıdır Şekil 7. Kara uygulamalarında direkyere gömülebilirler hiç bir korumaya ihtiyaçları yoktur. Şu amda dünyada 540 km uygulamaya sahiptirler. HVDC light özellikle deniz aşıp adalara anakaralardan enerji aktarımı uygulamaları için idealdir. [4].
Şekil 7.HVDC light 10-600 MW derin deniz kablosu HVDC light kabloların manyetik alanı Şekil 8 de görüldüğü gibi çok düşüktür.
Şekil 8. 300 MW HVDC light kablonun manyetik alan grafiği[4]
Convansiyonel HVDC ve HVDC light karşılaştırılacak olursa TABLO I oluşur.
ÖZELLİKLER HVDC HVDC
LİGHT
GÜÇ MİKTARI >250 MW 3-300MW Moduler değil Moduler, belli
MODULERİ
TE spesifik
olarak tasarlanır
standartlarda fabrika montajı DEVRE Mono veya
bipolar topraklama
var
Monopolar topraklama
yok
İSTASYONL AR
Tristor
vanaları IGBT
BAĞIMSIZL IK
AC devre ağlarına
bağımlı
AC ye bağımlı değil KABLO Uzun
mesafe Hafif, esnek, çok dayanıklı.
TABLO I. HVDC HVDC light karşılaştırması
4. YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI AÇISINDAN HVDC’NİN ÖNEMİ
Yenilenebilir enerji kaynakları veya Yaygın (Bireysel) Enerji Üretimi (DISTRIBUTED GENERATION) DG açısından bakıldığı zaman HVDC light çok büyük önem kazanmaktadır.
Yenilenebilir enerji veya Distributed Generation ile yaygın enerji üretiminde depolanan veya asenkron üretilen enerjinin şebekeye verilmesi ancak HVDC light ile mümkündür Şekil 9.
Şekil 9. DG – HVDC bağlantısı
5. DÜNYADAKİ HVDC KARA KARA- DENİZ ve DENİZ ALTI
BAĞLANTILARI VE DİĞER UYGULAMALAR
Dünyada mevcut tüm HVDC uygulamaları Şekil 14 de verilmiştir. Dünyadaki Kara üzerinde yapılan en büyük HVDC iletim projelerinden biri Brezilyadadır Şekil 10.
Rüzgar, Güneş, Doğal Yakıt, Su Altı Akıntı Türbinleri, v.s.
S E B E K E HVDC
Yapım yılı: 1984-1987 Güç: 3150+3150 MW DC voltaj: ±600 kV
Havai DC hat uzunluğu: 785 km + 805 km SEÇİM nedeni: Uzun mesafe, 50/60 Hz çevirimi[5].
Şekil 10. HVDC kara iletim projesi
Dünyada anakara ve ada arasında çeşitli HVDC uygulamarı mevcutttur.
Güç: 440 MW DC Voltaj: 350 kV Havai Hat: 430 km Deniz altı kablo: 21 km
Şekil 11. Kara-deniz HVDC uygulaması
Denizaltı HVDC uygulamaları hızla artmaktadır Şekil 12
Commissioning year: 2002 Power rating: 330 MW AC Voltage: 345 kV at New
Haven, 138 kV at Shoreham DC Voltage: +/- 150 kV
DC current 1175 A
Length of DC cable: 2 x 40 km Main reason for
choosing HVDCLight: Controlled connection for trading.
Şekil 12. Denizaltı HVDC bağlantısı
6. KUZEY KIBRIS TÜRK
CUMHURİYRTİ AÇISINDAN HVDC ve HVDC LIGHT ÖNEMİ
KKTC deki enerji sorunlarının çözümünde FACTS, HVDC ve HVDC light teknolojilerinin kullanılması çok büyük önem taşımaktadır. Özellikle Türkiyeden kablo ile enerji aktarımı gerçekleşecekse bu bağlantının HVDC olması gerekmektedir.
Bağlantının HVDC olması:
-Asenkron çalışmadan kaynaklanacak sorunlarını ortadan kaldıracaktır.
-FACTS teknikleri kullanılarak istenildiğinde AC-DC-AC den AC-AC ye dönüşecek sistemlerin kullanılması mümkündür[1]
- Çevreye etkisi daha azdır.
-40-100 km mesafelerde deniz altından iletimlerde maliyet açısından DC iletim daha avantajlıdır.
HVDC light ise DG (distributed generation) ve alternatif enerji kaynaklarının şebekeye bağlanmaları açısından önem taşır.
6.1. Su altı akıntıları
Ülkemizde bu güne kadar hiç dikkate alınmayan fakat dünyada çeşitli uygulamaları olan bir enerji üretim tekniği ise su altı akıntılarının kullanılmasıdır.
Denizlerle çevrili ülkemizde özellikle Karpaz burnunda ciddi su altı akıntılarının bulunduğu bir gerçektir. Bu su altı akıntılarından enerji elde etme
teknikleri dünyada ileri seviyelere ulaşmıştır şekil 13 ve ülkemizdede fizibilite çalışmaları yapılmalıdır.Bu şekilde üretilen enerjinin şebekeyeverilmesindede senkronizasyonun sağlanabilmesi açısından HVDC light teknolojisi kullanılmaktadır.
Şekil 13. Denizaltı türbini
7. SONUÇ
HVDC ve HVDC light teknikleri FACTS (Flexible AC Transmission Systems) yardımıyla dünyada bir çok enerji probleminin çözümünde yoğun olarak kullanılmaktadır. Bu tekniklerin üstün avantajlarından ülkemizde çeşitli uygulamalarda yararlanma şansının geri çevrilmemesi gerekir. Deniz
bağlantısı için dünyada isim yapmış DC uygulama firmalarıylada temas kurulup teklif alınmasında yarar vardır. Deniz altı akıntılarından enerji elde edilmesi konusunda gerekli çalışmaların yapılması ve eğer mümkünse enerji elde edilmesi ülke yararınadır.
8. KAYNAKÇA
[1] O. C. Ozerdem, E. Imal, M. Bagriyanik, P. Ali- Zada, K. Alı-Zada, A FACTS TECHNIQUE FOR Converting existing AC transmission into HVDC (and back), ELECO 2001, 7-11 November 2001, Bursa
[2] http://www.abb.com [3] IPCC March 2001
[4] Gunnar Asplund Kjell Eriksson Ove Tollerz Land And Sea Cable Interconnections With HVDC Light’ t CEPSI 2000-conference in Manila, Philippines, October 23-27, 2000’Roberto.
[5] Rudervall, J.P. Charpentier, Raghuveer Sharma High Voltage Direct Current (HVDC)Transmission Systems, Technology Review Paper.
Şekil 14. DÜNYADA MEVCUT HVDC UYGULAMALARI
