yenilenebilir enerji, akıllı Şebekeler ve enerji...yenilenebilir enerji sistemleri günümüzde...
TRANSCRIPT
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji
Verimliliği
Doç. Dr. Ozan Erdinç Yıldız Teknik Üniversitesi – Elektrik Mühendisliği Bölümü
Sürdürülebilir Şehirler Eğitimi
İstanbul | 1-2 Ağustos, 2017
Sunum Planı
• Yenilenebilir Enerji Sistemleri
• Akıllı Şebekeler
• Enerji Verimliliği
• Genel Değerlendirme
2 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Günümüzde dünya enerji talebinin %85‟e yakın bir kısmı petrol, kömür ve doğal gaz gibi
konvansiyonel enerji kaynaklarından karşılanmaktadır. Ancak konvansiyonel enerji kaynakları ile
ilgili birçok olumsuz husus, temiz ve yenilenebilir alternatif enerji kaynakları üzerine yapılan
çalışmalara büyük bir ivme kazandırmıştır:
• Konvansiyonel yakıtların rezervleri sınırlıdır ve tükenme tehlikesi ile karşı karşıyadır, bu
durum sürdürülebilir bir enerji temini açısından risk oluşturmaktadır.
• Bahsi geçen rezervler belirli ülkelerin elindedir, bu durum özellikle günümüz dünyasının
politik ve ekonomik dengeleri içerisinde dikkate alınması gereken önemli bir husustur.
• Bunun yanı sıra konvansiyonel yakıtların çevresel etkileri günümüzde büyük tehdit
oluşturacak boyutlara ulaşmıştır. Fosil yakıt tabanlı sera gazı salınımı dünyadaki küresel
ısınmayı arttırmış, dünyanın birçok yerinde doğa koşullarının ve mevsimsel dengelerin
bozulmasına yol açmıştır.
• Bu açıdan başta güneş ve rüzgar tabanlı sistemlerin yanı sıra hidroelektrik, biyoenerji, dalga
enerjisi, jeotermal enerji, hidrojen enerjisi, vb. alternatif ve yenilenebilir enerji sistemleri,
çevre dostu ve sürdürülebilir bir işletim sağladıklarından dolayı gelecek açısından önemli
enerji sistemleri konumundadırlar.
3 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
4 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Ülke
Petrol rezervinin
dünyadaki toplam
rezerv içerisindeki
oranı (%)
Suudi Arabistan 19,8
Venezuela 12,9
İran 10,3
Irak 8,6
Kuveyt 7,6
Birleşik Arap
Emirlikleri 7,3
Rusya 5,6
Libya 3,3
Kazakistan 3,0
Nijerya 2,8
Kanada 2,5
Amerika 2,1
Katar 2,0
Çin 1,1
Angola 1,0
Brezilya 1,0
Cezayir 0,9
Meksika 0,9
Diğer 7,3
PETROL
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Ülke
Kömür rezervinin
dünyadaki toplam
rezerv içerisindeki
oranı (%)
Amerika 28,9
Rusya 19,0
Çin 13,9
Avustralya 9,2
Hindistan 7,1
Ukrayna 4,1
Kazakistan 3,8
Güney Afrika 3,7
Brezilya 0,9
Polonya 0,9
Kanada 0,8
Kolombiya 0,8
Almanya 0,8
Çek Cumhuriyeti 0,5
Yunanistan 0,5
Endonezya 0,5
Macaristan 0,4
Pakistan 0,3
Türkiye 0,2
Tayland 0,2
Bulgaristan 0,2
Diğer 3,3
KÖMÜR
Ülke
Doğal gaz rezervinin
dünyadaki toplam rezerv
içerisindeki oranı (%)
Rusya 23,7
İran 15,8
Katar 13,5
Türkmenistan 4,3
Suudi Arabistan 4,2
Amerika 3,7
Birleşik Arap Emirlikleri 3,4
Venezuela 3,0
Nijerya 2,8
Cezayir 2,4
Endonezya 1,7
Irak 1,7
Avustralya 1,6
Malezya 1,3
Çin 1,3
Mısır 1,2
Norveç 1,1
Kuveyt 1,0
Kazakistan 1,0
Kanada 0,9
Özbekistan 0,9
Libya 0,8
Azerbaycan 0,7
Hindistan 0,6
Hollanda 0,6
Diğer 6,8
DOĞALGAZ
5 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
6 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
7 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Rüzgar Enerjisi: • Rüzgâr enerjisi, yeryüzündeki birçok enerji kaynağında olduğu gibi, güneş enerjisi
kaynaklıdır.
• Güneş tarafından yayılan güneş ışınımı uzay boyunca yol alarak dünyaya çarpmakta ve
karalar ve okyanuslar arasında ısıl farklar yaratmaktadır. Bu ısıl farklılıklardan dolayı
bölgeler arasında basınç farklılıkları meydana gelmektedir. Bu husus nedeni ile hava
yüksek basınçlı bölgelerden düşük basınçlı bölgelere doğru hareket etmekte ve bu hava
akımı rüzgâr adını almaktadır.
• Dünya üzerine gelen güneş enerjisinin yaklaşık %2‟si rüzgar enerjisine dönüşmektedir.
Bu enerjiden insanoğlu çok eski dönemlerden beri faydalanmaktadır.
• Rüzgar enerjisinin kullanımı hakkında bilinen en eski uygulama, M. Ö. 500‟de Mısır‟da
kullanılan yelkenli tarzı gemilerdir. Ancak aktif olarak ilk rüzgar değirmeninin M.Ö.
200‟de Mezopotamya‟nın antik kenti Babil‟de kurulduğu tahmin edilmektedir.
• M. S. 10. yy‟a kadar Doğu İran ve Afganistan‟da yaklaşık 5 m kanat uzunluğuna sahip ve
10 m kule yüksekliğine sahip rüzgar değirmenleri ile tahıl öğütüldüğü bilinmektedir.
• Batıda rüzgar enerjisinin kullanımına dair ilk kaynaklar ise 12. yy‟a aittir. Günümüzde
rüzgar enerjisi hala birçok amaçla kullanılmakta, ancak günümüzdeki en önemli
uygulamalar rüzgardan elektrik enerjisi üretimi üzerine yoğunlaşmaktadır.
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
8 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Rüzgar Enerjisi:
Tarımsal su pompalaması Tahıl öğütme
Tek bir rüzgar türbini
Rüzgar çiftliği
9 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Rüzgar Enerjisi:
• Havanın kütlesi olduğundan ötürü, rüzgâr formunda hareket eden havanın bir kinetik
enerjisi vardır.
2
2
1mvEk
• Bu eşitlikten görüldüğü üzere rüzgar hızının
iki katına çıkması, bu hava kütlesinden elde
edilecek enerji miktarını dört katına
çıkartmaktadır.
• Bir rüzgâr türbini bu mevcut kinetik enerjiyi
elektrik enerjisine dönüştürmektedir.
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
10 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Optimum Dizayn
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Rüzgar Enerjisi:
Rüzgar Çiftlikleri
• Yatırım alanının sadece %1‟i kullanılır.
• Geri kalan alanlar farklı amaçlarla (tarım, vb.)
kullanılabilir.
11 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Rüzgar Enerjisi:
Deniz Üstü (Off-Shore) Rüzgar Çiftlikleri
• Deniz alanlarında rüzgar potansiyeli daha yüksektir ve daha az engel mevcuttur!
• Burada sorun üretilen gücü verimli bir şekilde kullanım alanına iletmektir.
• Kurulum ve bakım işlemleri karadaki rüzgar çiftliklerine kıyasla hayli zordur.
12 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Rüzgar Enerjisi:
Rüzgar Enerjisi Tabanlı Elektrik Üretim Sistemlerinin Olumsuz Yönleri
• Rüzgar enerjili sistemle ile alakalı başlıca çevresel kaygılar rüzgar çiftliği kurulumunun görsel
ve işitsel olarak olumsuzlukları ve doğal hayat üzerindeki etkileri üzerine yoğunlaşmaktadır.
• Dönen rüzgar türbini kanatlarının güneş ışığını kesmesi “gölge kırpışması (fliker)” de denilen
görsel konforsuzluğa neden olmaktadır. Ayrıca rüzgar türbinlerinin çıkışında üretilen gücün
sürekli değişiminden kaynaklanan gerilim kırpışması da aydınlatma elemanlarından elde edilen
ışığın kırpışmasına ve bu nedenle insan sağlığı üzerinde olumsuz etkilere yol açmaktadır.
• Hem kurulum esnasında hem de çalışma sırasında rüzgar türbinleri işitsel açıdan da problem
oluşturmaktadır.
• Göçmen kuşların göç yollarının değişmesi ve kuş ölümlerine neden olması da rüzgar enerjili
sistemlerin olumsuz etkileri olarak sayılabilir.
• Bunun yanı sıra 2-3 km‟lik bir alandaki televizyon ve radyo frekanslarında da elektromanyetik
girişim sebebi ile problemler görülebilmektedir.
• Fakat bu problemler uygun bir yerleşim, çevresel bilgilendirme ve daha yüksek teknolojiye
sahip ürünlerin kullanılmasıyla çözüme kavuşturulabilmektedir. Rüzgar çiftlikleri bu tür
etkileri ortadan kaldırmak amacı ile doğal hayatın hüküm sürdüğü bölgelerden ve evsel
alanlardan uzak alanlarda kurulmaktadır.
13 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Güneş Enerjisi:
• Güneş enerjisi, birtakım karmaşık nükleer reaksiyonlar sonucu ortaya çıkar ve dünyaya
radyoaktif ışınlar şeklinde ulaşır. Bu ışınların çoğu güneş ışığı olarak yeryüzüne gelir ve bir
kısmı da atmosfer içinde süzülür.
• Eğer bu radyoaktif enerjinin %0,01‟i kullanılabilir hale getirilebilse, günümüz enerji
gereksinimi bütünüyle karşılanabilecektir.
• Güneş, nükleer yakıtlar dışında dünyada kullanılan tüm yakıtların ana kaynağıdır. İçinde sürekli
olarak hidrojenin helyuma dönüştüğü füzyon reaksiyonları gerçekleşmekte ve oluşan kütle
farkı ısı enerjisine dönüşerek uzaya yayılmaktadır. Ancak bu enerjinin çok küçük bir kısmı
yeryüzünü ulaşmaktadır. Atmosferdeki CO2, su buharı ve ozon gibi gazların güneş ışığını
absorbe etmeleri, bunun yanısıra kat edilmesi gereken yolun uzunluğu, yeryüzüne ulaşabilen
güneş ışığı değerinin düşük olmasına neden olur.
• Güneş enerjisinin kullanılabilmesi için öncelikle toplanması gerekir. Bu toplama işlemi; ısıl ve
elektriksel olmak üzere iki farklı yöntemle yapılmaktadır. Basitlik ve ucuzluk gibi nedenlerle
yakın bir geçmişe kadar ısıl toplama yöntemi daha çok tercih edilmiştir.
• Elektriksel güneş kollektörleri ise fotovoltaik güneş pilleri olup, yarı iletken diyot yapısındaki
bu piller güneş ışığını, fotonlarından yararlanarak fotovoltaik olay gereğince DC elektrik
enerjisine çevirirler.
14 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Güneş Enerjisi:
• Güneş enerjisinden elektrik enerjisi elde edilmesinde kullanılan fotovoltaik hücreler
üzerine güneş ışığı düştüğünde, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren
düzeneklerdir. Bu enerji çevriminde herhangi bir hareketli parça bulunmaz.
• Hücrelerin çalışma ilkesi, fotovoltaik olayına dayanır. İlk kez 1839 yılında Becquerel,
elektrolit içerisine daldırılmış elektrotlar arasındaki gerilimin, elektrolit üzerine düşen
ışığa bağımlı olduğu gözlemleyerek fotovoltaik olayını bulmuştur.
• Fotovoltaik etki, birbirinden farklı iki malzemenin ortak temas bölgesinin (common
junction) foton radyasyonu ile aydınlatılması durumunda bu iki malzeme arasında oluşan
elektriksel potansiyel olarak tanımlanabilir. Fotovoltaik (Photovoltaic) terimi temelde
Yunanca iki kelimenin birleşmesinden oluşmaktadır: Işık anlamına gelen “Phos” kelimesi
ve elektrik anlamına gelen “voltaic” kelimesi. Fotovoltaik kelimesi İngiliz lügatına 1849‟da
girmiştir.
• İlk fotovoltaik hücre ise 1883 yılında Charles Fritts tarafından üretilmiştir. Üretilen bu ilk
hücrenin verimi %1 civarlarındadır. İlk fotovoltaik hücrenin üretilmesinin akabinde
birçok araştırmacı güneş hücrelerinin kapasitesinin artırılması üzerine yoğun çalışmalar
başlatmışlardır.
15 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Güneş Enerjisi:
• 1954 yılında ise Bell Laboratuarı‟ında Darly Chapin isimli bir araştırmacı modern
anlamdaki ilk fotovoltaik hücreyi geliştirmiştir. Bahsi geçen fotovoltaik hücre silikon
temellidir ve %6 civarında bir verime sahiptir. İlk fotovoltaik hücreler, güneş enerjisini
doğrudan elektrik enerjisine dönüştürebilmeleri nedeni ile uzay programlarında yoğun
bir şekilde kullanılmışlardır.
• Ağustos 2009 tarihinde yapılan açıklamaya göre, fotovoltaik sistemlerde laboratuar
ortamında %41.6‟lık verime ulaşılmıştır.
• Tipik olarak bir fotovoltaik hücre 25-30 cm2‟lik kare bir alana sahip olup, yaklaşık 1
W‟lık güç üretir.
• Yüksek güçler elde edebilmek için birçok
fotovoltaik hücre seri ve paralel olarak
bağlanır ve büyük bir alana sahip bir modül
elde edilir. Bir fotovoltaik güneş paneli ise
ihtiyaç olan akım ve gerilimi üretecek şekilde
modüllerin seri-paralel kombinasyonlarını
içerir.
16 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Güneş Enerjisi:
17 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Güneş Enerjisi:
Fotovoltaik sistemlerin diğer yaygın güç kaynaklarına kıyasla bir çok avantajı bulunmaktadır. Bu avantajlar şu şekilde sıralanabilir:
• Fotovoltaik sistemlerin 20 yılı aşan uzun ömürleri vardır.
• Fotovoltaik sistemler her meteorolojik koşulda çalışabilmektedir. Ayrıca güneş ışınımına anlık bir cevap sağlayabilmektedir.
• Fotovoltaik sistemler güvenilir, modüler, dayanıklı ve oldukça az bakım gerektiren bir yapıya sahiptir.
• Fotovoltaik sistemler sessiz bir işletim sağlamaktadır.
Ancak bu avantajlarının yanı sıra, her enerji kaynağında olduğu gibi fotovoltaik sistemlerin dezavantajları da bulunmaktadır. Bu dezavantajların önemli olanları şu şekildedir:
• Fotovoltaik sistemlerin yüksek bir kurulum maliyeti vardır.
• Meteorolojik koşullara bağımlı olmasından ötürü fotovoltaik sistemler ile üretilen güç sabit değildir.
• Fotovoltaik sistemlerin verimliliği diğer birçok enerji sistemine oranla oldukça düşüktür.
• Yapısındaki yarı iletken malzemenin yaşlanma faktöründen ötürü fotovoltaik sistemlerin performansı zamanla azalmaktadır.
• Fotovoltaik modülün güneş ışığını belli oranda yansıtma etkisinden ötürü ek kayıplar da söz konusudur.
18 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Hidrojen Enerjisi:
• Doğadaki en basit atom yapısına sahip olan hidrojen, günümüzde kabul gören evrenin oluşumu kuramında da belirtildiği gibi bütün yıldızların ve gezegenlerin temel maddesidir.
• Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir.
• Suyun elektrolizi, doğalgaz vb. konvansiyonel yakıtların dönüşümü gibi yöntemler ile elde edilen hidrojen enerjisi, güç sistemlerinde yakıt hücresi teknolojisi vasıtası ile kullanılmaktadır.
• Yakıt hücresi, gaz halindeki bir yakıt (hidrojen) ile oksidantı (havadaki oksijen) elektrokimyasal olarak birleştirerek elektrik enerjisi ve ısı üreten bir enerji dönüştürücüsüdür. Bu işlem sonucunda atık olarak sadece su oluşmaktadır.
• Yakıt hücresi teknolojisinin temel prensipleri 1838 yılında İsveç‟li bilim insanı Christian Friedrich Schönbein tarafından ortaya konulmuştur.
• 1839 yılında ise Sir William Grobe suyun elektrolizi işleminin tam tersini uygulayarak ilk yakıt hücresi sistemini oluşturmuştur.
• 1960‟ların ortalarından itibaren de ulaşım sistemleri, portatif sistemler, vb. uygulamalarda kullanılmak için farklı yakıt hücresi çeşitlerinin araştırılmasına yoğunlaşılmıştır.
19 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Hidrojen Enerjisi:
20 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Hidrojen Enerjisi:
Yakıt hücresi sistemlerinin bazı avantajları şu şekilde sıralanabilir:
• Yakıt hücreleri yüksek işletme verimliliği sağlama potansiyeline sahiptir.
• Yakıt hücreleri için pek çok yakıt ve yakıt sağlama seçeneği bulunmaktadır.
• Yakıt hücreleri oldukça modüler bir yapıya sahiptir.
• Yakıt hücreleri çevreye zararlı atık üretmezler.
• Hareketli parçalar içermediklerinden ötürü yakıt hücreleri oldukça az bakım gereksinimi duyarlar.
• Yakıt hücreleri tekrar şarj edilmeye ihtiyaç duymazlar ve girişinde yakıt beslemesi olduğu sürece güç üretimi yaparlar.
Bütün yakıt hücresi sistemlerinin daha da yaygınlaşmasının önündeki engeller ise şu şekilde sıralanabilir:
• Yakıt hücreleri, yapılarında bulunan özel malzemeler nedeni ile günümüzde konvansiyonel sistemlere kıyasla pahalı konumdadır. Burada araştırmacılar özellikle bahsi geçen malzemeler yerine daha ucuz ikamelerini bulmak üzerine yoğunlaşmış durumdadırlar.
• Hidrojen üretimi için yakıt dönüşümü yapılacak ise bu teknoloji de önemli derecede pahalıdır ve bu dönüşümün gerçekleşmesi de belli bir güç tüketimine neden olmaktadır.
• Eğer yakıt hücresi sisteminde hidrojenden başka bir yakıt ile kullanılırsa, sistem performansı katalizörün kalitesinin bozulması ve elektrolit zehirlenmesi adı verilen durumlardan ötürü zamanla önemli oranda azalabilmektedir.
21 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Jeotermal Enerji:
• Jeotermal kelimesi Yunanca‟da dünya manasına gelen γη (ge), ve sıcak manasına gelen θερμος (thermos) kelimelerinin birleşiminden oluşmaktadır. Bu bağlamda jeotermal enerji en temel anlamda dünyanın doğal yapısından elde edilen ısı enerjisidir.
• Jeotermal enerji, yenilenebilir enerji kaynakları arasında dünyada en çok yararlanılan kaynaklardan biridir.
• Jeotermal enerjide dünyada yedinci sırada yer alan Türkiye, mevcut jeotermal potansiyeli ile toplam elektrik enerjisi ihtiyacının %5‟ine, ısıtmada ise ısı enerjisi ihtiyacının %30‟una kadar karşılayabilecek durumdadır.
22 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Biyoenerji:
Biyoenerji terimi; bitkiler, ağaçlar, ekinler, atıklar vb. ünitelerden elde edilen bütün organik materyalleri temsil etmekte ve fotosentez vasıtası ile güneş enerjisinin toplanarak depolanmasını kapsamaktadır. Biyoenerji; enerji veya yakıta dönüşebilen organik malzemeler, var olan kaynakların kullanımı (Kesme, işleme tabi tutma ve onu yakma), organik malzeme veya enerji mahsullerinin aktif kreasyonu (Yetiştirme, işleme tabi tutma ve yakma), bitki ve hayvansal yan ürünlerini kullanılması, vb. yöntemler ile elde edilmektedir. Belediye çöplükleri, hayvansal artıklar, bitkisel kalıntılar, insan artıkları (sewage and sludge), vb. potansiyel biyoenerji kaynağı elde edilebilecek alanlardır.
23 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Dalga Enerjisi:
• Denizlerin yüzeyinden rüzgarın geçişi, enerjinin kademeli olarak su içerisine transfer edilmesine ve dolayısıyla da dalgaların oluşmasına yol açmaktadır.
• Dalga enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi işleminde, dalgaları kesen ve onların enerjisinin bir kısmını öncelikle mekanik ve akabinde de elektrik enerjisine dönüştüren bir sisteme ihtiyaç duyulmaktadır. Dalga enerjisinin mekanik enerjiye dönüştürülmesi, dalgalar tarafından uygulanan kuvvetin etkisi altında hareket eden aktif bir eleman ile gerçekleşmektedir. Burada farklı yaklaşımlar mevcuttur. Mekanik enerjiden elektrik enerjisine dönüşüm ise generatörler vasıtası ile sağlanmaktadır.
24 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Enerji Depolama Sistemleri:
• Günümüzde kullanımı gitgide artan yenilenebilir enerji sistemleri daha önce de belirtildiği üzere gerek çevresel, gerekse de politik ve ekonomik anlamda birçok avantajı beraberinde getirmektedir. Ancak bahsi geçen başlıca rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının önemli bir dezavantajı, bu enerji kaynaklarının meteorolojik koşullara son derece bağımlı olmasıdır. Farklı bölgelerde güneş ışınımı, sıcaklık, rüzgar hızı gibi iklimsel koşullar günlük ve mevsimlik olarak değişimler göstermektedir. Bu nedenle bahsi geçen enerji kaynakları sayesinde elde edilen enerji miktarı da sürekli olarak değişmektedir. Bu durum, tek başına bir yenilenebilir enerji sisteminin kullanılmasının sürekli ve güvenilir bir enerji sağlanması açısından, değişen mevsimsel koşullar altında her zaman yeterli olmayacağını açıkça göstermektedir.
• Yenilenebilir enerji sistemlerini içeren elektrik enerji sistemlerinde üretim-tüketim dengesinin her durumda başarı ile karşılanabilmesi açısından enerji depolama üniteleri oldukça büyük öneme sahiptirler.
• Özellikle şebekeden bağımsız uygulamalar için enerji depolama ünitelerinin araştırılması ve incelenmesi oldukça büyük önem arz etmektedir. Bu şekildeki uygulamalarda enerji depolama ünitelerinin kullanımı ile birlikte oldukça büyük kurulum maliyetine sahip enerji iletim hatlarına olan gereksinim büyük oranda azaltılabilmektedir.
25 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Enerji Depolama Sistemleri:
Bataryalar
Batarya sistemleri elektrik enerjisini kimyasal formda depolamanın uygulanmış en eski yöntemlerinden biridir. Batarya sistemleri tekrar şarj edilemeyen primer bataryalar ve şarj edilebilir sekonder bataryalar olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır.
• Kurşun-asit bataryalar
• Nikel-kadmiyum bataryalar
• Nikel metal hidrit bataryalar
• Sodyum sülfür bataryalar
• Sodyum nikel klorit (ZEBRA) bataryalar
• Lityum-iyon bataryalar
Avantajları: Yüksek enerji yoğunluğu, olgunlaşmış
teknoloji, vb.
Dezavantajları: Düşük güç yoğunluğu, sınırlı
çevrim ömrü, sıcaklık etkisi, vb.
26 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Enerji Depolama Sistemleri:
Ultra-Kapasitörler
• Nano-teknoloji! Bu sayede klasik kapasitörlere göre daha küçük bir alanda çok büyük
Farad değerleri elde edilebilmektedir.
• Oldukça yüksek güç yoğunluğuna sahiptirler.
• Ömürleri neredeyse sonsuz kabul edilir (bir
milyon çevrim!)
• Sıcaklık değişimlerinin performans ve
ömürleri üzerine etkisi ihmal edilebilir
seviyededir.
• Ancak enerji yoğunlukları oldukça düşüktür,
bu nedenle kısa süreli enerji depolaması için
uygundurlar.
27 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Enerji Depolama Sistemleri:
Volan (Flywheel)
Volan, enerjiyi kinetik enerji formunda mekanik olarak depolayabilen ve bir eksende dönen
bir kütledir. • Volan için şarj işlemi fazla elektrik
enerjisinden motor çalışma modunda
dönen mekanik enerji elde edilmesidir.
• Volan için deşarj işlemi generatör modunda
elektrik enerjisi üretmek için dönen
kütlenin yavaşlatılmasıdır.
• Volan sistemlerinin en önemli dezavantajları
ise boştaki kayıplarının oldukça yüksek
olmasıdır. Bu nedenle volan sistemleri uzun
süreli enerji depolanması için uygun
değildirler, ancak güç sistemlerinde kısa
süreli yedek güç ünitesi olarak
yararlanılabilirler .
28 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Enerji Depolama Sistemleri:
Büyük boyutlu enerji depolama sistemleri
• Hidrojen enerjisi depolama sistemleri
• Pompalanmış su tabanlı enerji depolama sistemleri
• Sıkıştırılmış hava tabanlı enerji depolama sistemleri
29 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Yenilenebilir Enerji Sistemleri
Enerji Depolama Sistemleri:
Enerji depolama ünitesi Başlıca Avantajı Başlıca Dezavantajı Potansiyel kullanım alanı
Batarya En yaygınlaşmış elektrik
enerjisi depolama teknolojisi
Düşük çevrim ömrü Elektrikli taşıtlar, taşınabilir
cihazlar, küçük güçlü
yenilenebilir enerji sistemleri
UK Uzun çevrim ömrü Düşük enerji yoğunluğu Elektrikli taşıtlar
Volan Yüksek güç yoğunluğu Boştaki yüksek kayıplar Yenilenebilir enerji kaynaklarının
şebeke entegrasyonu, bazı uzay
ve elektrikli taşıt uygulamaları
Pompalanmış su ve sıkıştırılmış
hava yaklaşımları
Oldukça büyük miktarlı
depolama olanağı
Gerekli arazi koşulları Çok büyük güçlü yenilenebilir
enerji sistemleri
30 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Son yıllarda bilgi ve iletişim teknolojilerinin (Information and Communication Technologies -
ICT) hızlı bir gelişim sergilemesi, bu teknolojilerin her alanda olduğu gibi enerji
sistemlerinde de kullanılması fikrini yaygınlaştırmıştır. Bu bağlamda; bilgi ve iletişim
teknolojilerinin yaygın şekilde kullanıldığı akıllı bir dünyaya doğru geçişte, elektrik enerjisi
sistemleri için akıllı şebeke (smart grid) kavramı karşımıza çıkmaktadır.
Bill Gates Thomas Edison
Akıllı şebekeler, konvansiyonel elektrik altyapısının günümüz bilgi ve iletişim
teknolojileriyle buluşmasıdır.
Thomas Edison Bill Gates ile buluşuyor.
31 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Akıllı şebeke ile konvansiyonel şebekenin farkı
Bilgi teknolojileri alanındaki gelişmeler tarih boyunca elektrik endüstrisindeki gelişmeleri
kıyasla oldukça hızlı olmuştur.
„Graham Bell bugün eğer yaşasaydı cep telefonlarını tanıyamazdı, fakat Thomas Edison yaşasaydı
elektrik sistemini tanıyabilirdi‟
Akıllı telefon Normal telefon
32 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Bazı önemli rakamlar ve hususlar
• Elektrik enerjisi günümüzde yaklaşık 4,8 milyar kişiye ulaşırken, 1,8 milyardan fazla insan elektrik enerjisine
ya hiç ulaşamamakta ya da oldukça kısıtlı bir imkana sahiptir. Gelişmekte olan ülkeler, vatandaşlarının
tamamına elektrik enerjisi sağlamak açısından ilerleme kaydetmeye devam etmektedirler. Global olarak 1,6
milyardan fazla elektrik sayacı son kullanım noktalarında (evler, apartmanlar, ticari yapılar, endüstriyel
merkezler, fabrikalar, vb.) tesis edilmiştir. Bu sayaçlar global elektrik endüstrisine yıllık olarak bir trilyon
dolardan daha fazla bir ciro sağlayacak şekilde elektrik enerjisi kullanımını ölçmektedir. Dünyada 200‟den
fazla ülkede insanlara elektrik sağlayan 43.000 civarında orta ve büyük çaplı elektrik üretim tesisi
bulunmaktadır. Bu güç santralleri 120.000‟den fazla, büyük ve çok büyük transformatörün kurulu olduğu
58.000 adet yükseltici merkez üzerinden, üretilen elektriği iletim hatlarına aktarmaktadırlar. Yaklaşık
200.000 civarında indirici dağıtım merkezinden ise elektriğin dağıtımı başlatılmaktadır
• 9 Kasım 1967‟de Amerika Birleşik Devletleri‟nin New York, New Jersey, New England ve Ontario
bölgelerinde yaklaşık 25 milyon kişiyi etkileyen ve nedeni hakkında kesin bir kanı oluşturulamayan elektrik
sistem çökmesi ve elektrik kesintisi, “1967 Amerika Elektrik Güvenilirlik Eylem Planı'nı (Electric Reliability
Act of 1967) ortaya çıkarmıştır. Bu eylem planı ile birlikte; iletim ve dağıtım şebekelerinin uzaktan
görüntülenmesi ve kontrolü için enerji yönetim sistemleri ve SCADA teknolojisinin geliştirilmesinin
gerekliliği ortaya konulmuştur.
• Dünya çapında elektrik şirketlerinin, kaçak elektrik kullanımı nedeniyle her yıl 25 milyar doların üzerinde
bir kayıp yaşadıkları tahmin edilmektedir. Kaçak elektrik kullanımı nedeniyle oluşan ek yük, pik yük
durumlarında kısmi kesintilere ve sistem çökmesine (blackout) bile neden olabilir.
33 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Akıllı Şebekenin Tanımı
Akıllı şebekenin tüketici, tedarikçi, akademik vb. gibi açılardan birçok farklı tanımlamaları mevcuttur. Akıllı şebekelerin
dünyanın önde gelen yaşam merkezlerindeki geleceği dikkate alındığında, tamamen yeniden inşa edilen şebekelerin
belirtildiği zannedilmektedir. Fakat bu durum oldukça imkansızdır, çünkü mevcut elektrik altyapısı oldukça büyüktür.
Sadece New York şehri dünyanın çevresini 3 buçuk kere dolaşabilecek 94.000 mil yer altı kablosuna sahiptir. Bu açıdan
akıllı şebeke; mevcut elektrik sisteminin tamamen baştan sona yenilenmesi değil, elektrik güç sisteminin işletimi ve mevcut
varlıkların değerlendirmesinde, yeni nesil teknolojilerin de yardımı ile bir iyileştirmeye karşılık gelmektedir. Akıllı şebeke
bir raf ürünü ya da yükleyip hemen çalıştırılan herhangi bir cihaz değildir. Tam tersine; akıllı şebeke enerjinin verimliliğini ve
etkinliğini artıran, ilk yatırım, işletim ve bakım masraflarını azaltan, yeni teknolojiler ile birlikte tüketicilerin de aktif rol
aldığı bir olgudur.
Akıllı şebekeler ile ilgili dünyaca kabul görmüş ve sıklıkla kullanılan bazı tanımlar şu şekildedir:
• Amerikan Enerji Bakanlığı (US Department of Energy – DOE): 2030 şebekesi; güç santrali ve son kullanıcının cihazı
arasındaki bütün noktalarda iki yönlü bilgi ve elektrik enerji akışını sağlayarak her tüketici ile uç noktayı kontrol eden,
tamamen otomatik bir güç temin şebekesi olarak tasavvur edilmektedir.
• Avrupa Teknoloji Platformu (The European Technology Platform): Akıllı bir şebeke; sürdürülebilir, ekonomik ve güvenli
elektrik enerjisi temini için bütün kullanıcılarının (generatörler, tüketiciler ve her iki işlemi birden gerçekleştirebilen
kullanıcılar) eylemlerini akıllı bir şekilde koordine eden elektrik şebekesidir.
• Elektrik Güç Araştırmaları Enstitüsü (Electric Power Research Institude - EPRI): “Akıllı Şebeke” terimi; merkezi ve dağıtık
üretim tesislerinden yüksek gerilim hatları vasıtasıyla endüstriyel kullanıcılara, bina enerji yönetim sistemlerine, enerji
depolama uygulamalarına, son kullanıcı olan tüketiciler ile onların termostatlarına, elektrikli taşıtlarına, cihazlarına ve
diğer ev aletlerine kadar birbirine bağlı bütün bileşenlerinin işletimini görüntüleyecek, koruma yapacak ve otomatik
olarak optimize edecek şekilde elektrik güç sisteminin modernizasyonuna karşılık gelmektedir.
34 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Konvansiyonel şebeke
Akıllı şebeke
35 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
DoE‟nin yedi adet akıllı şebeke karakteristiği
Günümüz şebekesi Karakteristik Akıllı şebekeler
Tüketiciler enerji tüketimi ve
maliyetlerini azaltma konusunda
yeterince opsiyona sahip değildir.
Tüketicinin elektrik pazarında rol almasına
imkan sağlar.
Detaylı fiyat bilgisi mevcuttur; birçok
program, fiyat ve opsiyon arasından seçim
yapılır.
Büyük oranda merkezi üretim
kullanılmaktadır, oldukça kısıtlı
dağıtık üretim ve depolama
mevcuttur.
Tüm üretim ve depolama opsiyonlarından
faydalanılmaktadır.
Çeşitli dağıtık üretim kaynakları merkezi
üretime ek olarak sistem içerisinde yer
almaktadır.
Yeni teknolojik gelişmelerin
entegrasyonu açısından sınırlı bir
toptan satış pazarı mevcuttur.
Yeni pazarlara imkan sağlar. Teknolojik gelişmeleri ve farklı üretim
opsiyonlarını dikkate alan yeni elektrik
pazarlarının gelişimi sağlanmaktadır.
Güç kalitesinden daha çok
kesintilere odaklanır.
Güç kalitesi ihtiyaçlarını karşılar. Güç kalitesi, akıllı şebekeler açısından bir
önceliktir.
Sınırlı şebeke yapay zekası ve
otomatik kontrol mevcuttur.
Varlık kullanımını optimize eder ve verimli
bir işletim sağlar.
Şebeke yapay zekasının varlık yönetimi
uygulamalarına entegrasyonu ile birlikte
verimlilik ve etkinlik artar.
Arızadan sonra varlıkların
korunmasına odaklanır.
Kendi kendini onarır. Arızadan önce arıza durumunu önleyecek
önlemler alır, arıza durumlarındaki etkileri
minimize eder ve işletim sürekliliği sağlar.
Doğal afetlere ve diğer tehlikelere
karşı oldukça zayıftır.
Doğal afetler ve siber saldırı gibi
tehlikelere karşı önlemler içermektedir.
Doğal afet ve saldırı gibi durumlarda
sistem kendini hızlı bir şekilde
toparlayarak işletime devam eder.
36 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Akıllı şebekenin teknolojik bileşenlerinin şebeke içerisinde dağılımı
37 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Akıllı Sayaçlar
Konvansiyonel sayaçlar Akıllı sayaçlar
Elektrik sayaçları, elektriğin ilk
kullanımının akabinde gereksinim
duyulmuş ve teknolojik olarak
oldukça gelişme göstererek
günümüze kadar ulaşmış cihazlardır.
Bahsi geçen gelişmeler ışığında,
elektrik sayacının kullanımını
kolaylaştıran ve hatta sayacın
elektrik sistemi içerisindeki rolünü
artıran sayaç altyapısı çalışmaları da
gerçekleştirilmiştir.
Sayaç teknolojisi ve altyapısı
açısından günümüzde erişilen son
nokta olan akıllı sayaçlar ve
gelişmiş ölçüm altyapısı kavramı,
akıllı şebeke olgusu ile ilgili en
önemli hususlardan biri olarak
karşımıza çıkmaktadır.
38 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Akıllı Sayaçlar
Manüel sayaç okuması Otomatik sayaç okuması Gelişmiş ölçüm altyapısı
Okuma şekli Fiziksel olarak sayaç yanında
göz ile okuma
Yakın mesafeden ya da belirli uzaklıktan el
bilgisayarları kullanılarak uzaktan bağlantı
ile okuma, tek yönlü kablolu ya da
kablosuz haberleşme altyapısı ile bir veri
toplama merkezinden toplu okuma
Bir merkezden kablolu ya da
kablosuz farklı haberleşme
türleri vasıtası ile verinin
otomatik olarak okunması
Haberleşme Haberleşme altyapısı mevcut
değil
Tek yönlü haberleşme İki yönlü olarak interaktif
haberleşme
Detaylı tüketim
izleme
Mümkün değil Kablolu altyapı ile belirli oranda mümkün
ancak haberleşme tek yönlü olduğu için
tüketiciye aktarılması mümkün değil
Hem elektrik şirketinin hem de
tüketicinin ilgili elektrik
tüketimini detaylı bir şekilde,
gerçek zamanlı olarak incelemesi
mümkündür
Sayaç okuma
periyodu
Aylık Aylık, ancak istenildiğinde daha detaylı
okuma kullanılan yaklaşıma göre mümkün
Dakikalık mertebede sayaç
okuması mümkün
Sayaç kurcalaması ve
kaçak elektrik
kullanımı
Basit ve algılanması zor Nispeten zor ve algılanması ilgili altyapıya
bağlı
Neredeyse imkânsız ve
algılanması oldukça hızlı, ancak
siber güvenlik açısından
tehlikeler mevcut
Veri güvenliği Risk mevcut değil Nispeten düşük risk mevcut Siber güvenlik açısından
tehlikeler mevcut
39 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Akıllı Evler ve Akıllı Cihazlar
40 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Akıllı Evler ve Akıllı Cihazlar
Ev enerji yönetim sistemi (home
energy management system)
41 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Akıllı Evler ve Akıllı Cihazlar
Elektrikli bir cihazın evdeki ev enerji yönetimi teknolojisi ile etkileşime girip akıllı
ev çevrimine dahil olabilmesi için iki yol vardır. Bunlardan ilki konvansiyonel
özellikteki bir elektrikli cihazın akıllı bir priz ya da son zamanlarda kullanılan linye
bazında kontrol stratejileri vasıtası ile uzaktan ve/veya otomatik olarak kontrol
edilmesidir. Burada tüketici cep telefonu, tablet bilgisayar ya da ev dışında internet
üzerinden akıllı prizler vasıtası ile cihazını açıp kapatabilir ya da cihazın ne zaman
açılıp kapanacağını önceden programlayabilir. Elektrikli cihazları akıllı ev çevrimine
dahil edebilmenin ikinci yolu ise yeni nesil "akıllı cihaz"ların kullanılması şeklindedir.
Akıllı cihazlar:
Akıllı çamaşır makineleri
Akıllı fırınlar
Akıllı buzdolapları, vb.
42 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Haberleşme
• Geniş alanlı ağ (wide area network - WAN),
• Mahalli alan ağı (neighborhood area network - NAN)
• Ev içi ağ (home area network - HAN)
• Bölgesel alan ağı (field area network – FAN)
Standart Azami veri
hızı
Menzil Azami uç noktası
sayısı
Kapsam
ZigBee 250, 100, 40, 20
kbps
30-100 m 64.000 HAN
Wi-Fi 100 Mbps 100 m Teorik olarak sınırsız HAN, NAN,
FAN
Z-wave 40, 9.6 kbps 30 m 232 HAN
WiMAX 700 Mbps 5-50 km Hücre başına 100'den
az aktif kullanıcı
NAN, FAN,
WAN
Hücresel
(LTE-A)
1 Gbps (DL) -
500 Mbps (UL)
4 km Hücre başına 200
aktif kullanıcı
NAN, FAN,
WAN
CR 19 Mbps 10-100 km Teorik olarak sınırsız NAN, FAN,
WAN
PLC (IEEE
P1901)
100 Mbps 1.5 km >2000 HAN, NAN,
FAN
PLC (ITU-
T G.hn)
1 Gbps 1-3 km 250 HAN, NAN,
FAN
PLC
(ANSI/CEA
-709)
78 kbps, 1,25
Mbps
<3 km 32.000 HAN, NAN,
FAN
Akıllı Şebeke Haberleşme
Standartları
• Kablosuz Haberleşme
Standartları
ZigBee
Z-wave
Wi-Fi
WiMAX
Hücresel Haberleşme
Bilişsel Radyo
• Kablolu Haberleşme
Teknolojileri
Güç hattı haberleşmesi
(power line
communication - PLC)
Kablo hattı
haberleşmesi (fiber
optik, ethernet, vb.)
43 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Siber Güvenlik
• Akıllı şebekelerin gelişmesi ile birlikte; fiziksel şebeke ortamına ek olarak, haberleşme
özelliğine sahip milyonlarca yeni nesil akıllı cihazın oluşturduğu siber bir dünya meydana
gelecektir. (siber-fiziksel yapı) Konvansiyonel şebekenin fiziksel altyapısı ile bu yeni siber
dünyayı tek çatı altında toplayan akıllı şebeke olgusu; elbette ki karşılaşılan fiziksel
güvenlik problemlerinin ötesinde, yeni alanlarda da güvenlik ihtiyaçları meydana
getirecektir. Bu açıdan; akıllı şebekelerin siber güvenliğinin sağlanması, elektrik enerjisi
sektörü için gelecekte belki de en önemli konu haline gelecektir.
• Akıllı şebekelerdeki siber güvenlik kavramı, aslında siber dünya açısından yeni bir kavram
değildir. Kişisel bilgisayarlarımızın; internet üzerinden ya da farklı yollardan gelebilecek
kötü niyetli yazılım, virüs, vb. etkilere karşı korunması için kullanılan klasik virüs koruma
programları, en temel siber güvenlik önlemlerinden biridir. Özellikle akıllı şebekelerin
yaygınlaşması ile birlikte siber güvenlikteki herhangi bir zafiyet, hesaplanamayacak boyutta
olumsuz ekonomik ve sosyal etkilere yol açabilir. Bu açıdan; mevcut siber güvenlik
önlemlerinden de yararlanarak, gelecekteki büyük çaplı siber dünya için oldukça gelişmiş
güvenlik önlemlerinin alınması ve bu bağlamda hükümetler bazında politikalar
oluşturulması son derece önemlidir.
44 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Siber Güvenlik
Akıllı bir şebeke sistemi için üç temel siber güvenlik hedefi tanımlanmıştır:
Erişilebilirlik (Availability): Bilgiye zamanında ve güvenilir bir şekilde erişilmesi ile kullanımı,
akıllı şebeke yapısındaki en önemli husustur.
Bütünlük (Integrity): Uygunsuz bilgi değiştirme veya tahribatına karşı koruma, bilginin inkar
edilmemesini ve gerçekliğini sağlamak içindir. Bütünlüğün kaybı, bilginin izinsiz değiştirilmesi
veya tahribatıdır.
Gizlilik (Confidentiality): Bilgi erişimi ve ifşasına izinli kısıtlamalar sağlanması, temel olarak
kişisel gizliliğin ve şahsi bilginin korunması içindir.
Bilgi güvenliği için CIA (Confidentiality, Integrity,
Availability) üçlüsü
45 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Siber Güvenlik
Akıllı Şebekeler Ġçin Olası Siber Güvenlik Tehditleri ve Muhtemel Etkileri -
Olası Senaryolar:
Senaryo 1: Tüketici verisinin hırsızlar ve diğer kötü niyetli saldırganlar tarafından kullanılması
Senaryo 2: İntikam ve kıskançlık nedeniyle tüketiciye karşı siber güvenlik tehdidi
Senaryo 3: Tüketiciye karşı elektrik şirketi çalışanının yetkisini kötüye kullanması
Senaryo 4: Elektrik şirketindeki tüketici kişisel bilgilerinin tutulduğu veri tabanlarına bilgisayar
korsanı saldırısı
Senaryo 5: Elektrik şirketinin ticari sırlarının çalınması
Senaryo 6: Tüketicilerin akıllı sayaç yazılımı ile oynayarak dolandırıcılık yapması
Senaryo 7: Sensör verisi manipülasyonu
Senaryo 8: Terörist grupların saldırıları
Senaryo 9: Bir ülkenin savaş başlangıcı için akıllı şebeke saldırısından yararlanması
vb.
Talep Tarafı Aksiyomları
Mevcut bazı sorunlar:
• Güç sistemlerindeki pik talep artışı
• Elektrik enerjisi talebindeki saatlik, günlük ve mevsimlik olarak ciddi
dalgalanmalar
• Pik talebi karşılamak için işletimi nispeten daha pahalı santrallerden
faydalanılması
• Düşük bir yük faktörü ile işletim
Bu açıdan:
Talebe göre üretimin yönetilmesi yerine özellikle talep gücünün pik talebi
azaltacak şekilde yönetilmesi, yani kontrol aksiyomlarının üretim tarafından
tüketici tarafına kaydırılması son yıllarda oldukça dikkat çekici bir araştırma ve
uygulama alanıdır.
46 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
•Tüketici taleplerine göre üretim profilini şekillendirmek yerine tüketici
talebini şekillendirmeye yönelik aksiyomlar, elektrik enerji sektörü için önemli
bir alternatif olarak görülmektedir.
• Bu durum, elektrik enerji endüstrisi dışındaki birçok farklı endüstri
bünyesinde de karşımıza çıkmaktadır.
• Örneğin, telefon şirketleri talebi ötelemek ve iş dışı saatlerde kullanımı
özendirmek için düşük fiyatlı gece tarifeleri sunmuşlardır. Hava yolu şirketleri,
pik saatler dışında işlevlerini artırmak için ucuz gece tarifeleri oluşturmuşlardır.
Sinemalar ve tiyatrolar ilave müşteri çekebilmek için ucuz matine saatleri
belirlemişlerdir.
• Bütün bu örnekler, kaynakların verimli kullanımına ve dolayısı ile karlılığa
katkı sağlamak açısından, bir ürünün talep görüntüsünü değiştirmek için
gerçekleştirilen yaklaşımlardır. 47 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
•Şebekeye elektrik sağlamanın maliyeti, yükün ve elektrik üretiminin zamana göre değişimi ile
ilişkilidir.
• Üretimdeki değişimler, kesintiler ile rüzgâr ve güneş gibi enerji kaynaklarından sağlanan
enerjideki değişiklikleri içermektedir, yani bahsi geçen durumlar üretim tarafında bir belirsizlik
oluşturmaktadır. Bu durum özellikle bahsi geçen yenilenebilir enerji kaynaklarının kurulu gücünün
toplam sistem kurulu gücü içerisinde daha yüksek bir paya sahip olması ile birlikte daha da önemli
hale gelmektedir. Bu durumda üretim ya da tüketim taraflı „yardımcı hizmetler (ancillary services)‟
devreye girmektedir.
48
20 Mart 2015 güneş
tutulması ve Avrupa‟da
özellikle büyük çaplı
güneş enerjisi
santrallerine sahip
ülkelerde üretim-
tüketim dengesinin bahsi
geçen zaman diliminde
dengede tutulması için
uygulanan talep tarafı
aksiyomları
Yenilenebilir enerji kaynaklı üretimin tüketimden fazla olduğu durumlarda uygulanan yaklaşımlar
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
Talep tarafı aksiyomlarının elektrik enerjisi hizmet sağlayıcısı için birçok açıdan ek
faydaları mevcuttur:
• Yeni üretim kapasitesine olan ihtiyacı azaltmak,
• İlk yatırım maliyetini azaltmak veya ertelemek,
• Fosil yakıtlara olan ihtiyacı azaltmak,
• CO2 emisyonlarını azaltmak,
• Elektrik maliyetlerini kontrol etmek,
• Karlılığı artırmak,
• Tüketicilere elektrik faturalarını kontrol edebilecekleri opsiyonlar sağlamak,
• Farklı alternatiflere yatırım yaparak riski azaltmak,
• İşletim esnekliğini ve sistem güvenilirliğini artırmak,
• Mevcut ve planlanan üretim imkanlarının daha verimli kullanılması ile birim maliyeti
düşürmek,
• Elektrik enerjisi hizmet sağlayıcısı imajını yükseltmek.
49 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
Talep Tarafı Yönetimi (Demand Side Management):
• "Talep tarafı yönetimi (demand side management)" kavramı için Elektrik Güç
Araştırmaları Enstitüsü'nün (Electric Power Research Institude - EPRI) tanımı şu
şekildedir:
“Talep tarafı yönetimi; yükte arzulanan değişiklikleri sağlayacak şekilde, tüketicinin
elektrik kullanımını etkileyecek aksiyomların planlanarak uygulanması ve
görüntülenmesidir.”
• Özel olarak talep tarafı yönetiminin kapsamı şu ana başlıklar ile belirtilebilir:
-Enerji verimliliği: Bir kullanıcının konfor şartlarında herhangi bir azalma olmadan
belirli bir iş/hizmet için harcanan enerji miktarını azaltan teknik ve işletimsel
değişimler
-Tasarruf: Genel enerji tüketimini azaltan davranışsal ve işletimsel değişiklikler
-Dağıtık enerji kaynakları:&yük planlaması
• Burada talep tarafında gerçekleştirilen her türlü aksiyom talep tarafı yönetimi başlığı
altında değerlendirilmesine rağmen; özellikle akıllı şebeke ile birlikte artık tek başına
değerlendirilmesi gereken yeni kavramlar ortaya çıkmaya başlamıştır.
50 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
Talep Cevabı (Demand Response):
• Bazı kaynakların talep tarafı yönetimi çatısı altında değerlendirdiği "talep cevabı
(demand response)" kavramı, akıllı şebeke olgusuna olan ilginin artması ile birlikte artık
tek başına değerlendirilmesi gereken bir husus halini almıştır.
• Amerikan Enerji Bakanlığı‟na göre talep cevabı, “Toptan pazar fiyatının yüksek olduğu
anlar ve sistem güvenilirliği risk altında olduğunda; daha düşük elektrik kullanımı sağlamak
için tasarlanan elektrik fiyatı değişimlerine ya da teşvik ödemelerine cevap olarak, son
kullanıcıların elektrik kullanımındaki normal tüketim alışkanlıklarından farklı değişim”
şeklinde tanımlanmaktadır.
• Kısacası talep cevabı, özellikle pik tüketimi azaltmak ve yük şeklini değiştirmek için
elektrik şirketinin uyguladığı nispeten kısa dönemli uygulamalara tüketicinin davranışsal
tepkisidir. Talep tarafı yönetiminin temel amacı toplam enerji tüketiminin azaltılması iken,
talep cevabının temel amacı ise yükün pik olmayan saatlere kaydırılmasını sağlamaktır.
• Talep cevabı programları, fiyat tabanlı talep cevabı (Price-based demand response) ve
teşvik tabanlı talep cevabı (Incentive-based demand response) olmak üzere iki ana gruba
ayrılabilir. 51 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
Fiyat tabanlı talep cevabı yaklaşımları:
• Kullanım zamanı yaklaşımı
• Gerçek zamanlı fiyatlama yaklaşımı
• Kritik pik fiyatlama yaklaşımı
52
Teşvik tabanlı talep cevabı yaklaşımları:
• Doğrudan yük kontrolü (Direct load
control – DLC)
• Kesilebilir/azaltılabilir hizmet
(Interruptible/curtailable Service –
ICS)
• Talep teklif verme/geri satınalma
(Demand bidding/buyback – DBB)
• Acil durum talep cevabı (Emergency
demand response – EDR)
• Kapasite pazarı (Capacity market –
CM)
• Yardımcı hizmetler pazarı (Ancillary
services market – ASM):
Hedef son kullanıcılar:
• Endüstriyel
• Ticari
• Evsel
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
Dünya Örnekleri:
Dünya üzerinde yük yönetimi ve talep tarafını ilgilendiren diğer aksiyomlar üzerine örnek
alınabilecek hali hazırda yürürlükte olan birçok uygulama mevcuttur. Temel olarak bu
uygulamalar aşağıdaki başlıklar altında değerlendirilebilir:
• Spesifik bir yükün (klima, havuz pompası, tarımsal pompalar, su ısıtıcıları, vb.) kontrolüne
odaklanmış programlar
• Bir son kullanıcı alanının toplam güç tüketiminin kontrolüne odaklanmış (kontratlı
azaltım, bina enerji yönetim sistemleri, yedek generatörler, vb. vasıtası ile) programlar
• Birden fazla tüketiciden oluşan bölgelerin güç sistemine yansıyan yük talebi şeklinin
değişimine odaklanmış programlar
• Tüketicilerin enerji borsasına doğrudan ya da dolaylı olarak katılımına olanak sağlayan
programlar
Her bir başlık altında alt kırılımlar ile birlikte bir çok farklı yaklaşım mevcuttur.
53 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Spesifik bir yükün (klima, havuz pompası, tarımsal sulama pompası, su
ısıtıcıları, vb.) kontrolüne odaklanmış programlar
Klimalar:
54
İki tür kontrol mevcuttur:
• Klimanın kompresörünün doğrudan
uzaktan bağlantı ile açılıp kapatılması
vasıtası ile kontrolü (fast regulation
services)
• Klimaya bağlı termostat üzerinde
ayarlı sıcaklık değerinin uzaktan
bağlantı ile değiştirilmesi vasıtası ile
kontrol (peak load reduction)
Dünya Örnekleri:
• Pacific Gas&Electric Company - PG&E
(Kaliforniya) – Ticari&Evsel – „SmartAC program‟
• CPS Energy (Teksas) – Ticari&Evsel – „Smart
Thermostat Program‟
• Austin Energy Company (Teksas) – „Rush Hour
Rewards Program‟
• Reliant Energy Company (Teksas) – „Rush Hour
Rewards Program‟
• Endeavour Energy (Avustralya) – Evsel –
„CoolSaver Program‟
• Energex Company (Avustralya) – „PeakSmart AC
program‟
• SA Power Networks (Avustralya) – Evsel
• Western Power Company (Avustralya) – „Air
Conditioned Trial‟
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Spesifik bir yükün (klima, havuz pompası, tarımsal pompalar, su ısıtıcıları,
vb.) kontrolüne odaklanmış programlar
Havuz Pompaları:
55
Havuz pompalarının doğrudan uzaktan
bağlantı ile açılıp kapatılması vasıtası ile
kontrol
Dünya Örnekleri:
• Endeavour Energy (Avustralya) – Evsel –
„PoolSaver Program‟
• Energex Company (Avustralya) – Evsel –
„Pool Rewards Program‟
Su Isıtıcıları:
Su ısıtıcılarının doğrudan uzaktan bağlantı ile
açılıp kapatılması vasıtası ile kontrolü
Dünya Örnekleri:
• Energex Company (Avustralya) – Evsel –
„Hot Water Rewards Program‟
Tarımsal Pompalar:
Tarım alanlarında kullanılan pompaların uzaktan
bağlantı vasıtası ile kontrolü
Dünya Örnekleri:
• Southern California Edison (SCE) Company –
„Agricultural and Pumping Interruptible Program‟
• American Electric Power (AEP)&EnerNOC –
Teksas – „Irrigation Load Management Program‟
• Transpower Company (Yeni Zelanda)
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Spesifik bir yükün (klima, havuz pompası, tarımsal sulama pompası, su
ısıtıcıları, vb.) kontrolüne odaklanmış programlar
Her alan için farklı yükü dikkate alan programlar:
56
Tüketici bölgesindeki herhangi bir elektrikli ekipmanın uzaktan kontrolü tabanlı programlar
Dünya Örnekleri:
• Tampa Electric Company (TECO) – Florida
• Progress Energy Company – Florida
• Eskom Company (Güney Afrika) – Evsel
• Florida Power&Light (FPL) Company – Florida – Endüstriyel&Büyük ticari - „Commerical
Demand Reduction Program‟
• KiWi Power Company – İngiltere - „Demand Reduction Strategy‟
• ENBALA Power Networks Company – Kanada – „GOFlex Program‟: Üniversiteler, hastaneler,
ticari binalar vb. alanlardaki pompalar, kompresörler, HVAC birimleri vb. (McMaster
Üniversitesi‟ndeki HVAC birimlerinin binaların rastgele sıralanması vasıtası ile kontrolü)
• EnerNOC (Yeni Zelanda) – „DemandSMART program‟: Ticari ve endüstriyel son kullanıcıların
Anlık Rezerv (Instantaneous Reserve – IR) pazarına girişine imkan sağlamaktadır. Her türlü
soğutma, ısıtma, pompalama, vb. büyük çaplı güç tüketen sistemler programa dahil edilebilir. Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Bir son kullanıcı alanının toplam güç tüketiminin kontrolüne odaklanmış
(kontratlı azaltım, bina enerji yönetim sistemleri, yedek generatörler, vb.
vasıtası ile) programlar
Kontratlı azaltım tabanlı yaklaşımlar:
57
Tüketicinin güç tüketimini talep edilen zamanlarda önceden haber verilmesiyle birlikte FIR (firm
service level) değerine göre belirli oranda ya da belirtilen güç değerinde azaltmasını (kontratlı son
kullanıcı tarafından cihaz tüketimlerinin azaltılması ya da bazı ekipmanların bu zaman dilimlerinde
kapatılması vasıtası ile), eğer gerçekleştiremez ise bir çok programda bir cezalandırmayı
beraberinde getiren programlar.
Dünya Örnekleri:
• CPS Energy (Teksas) – Ticari&Endüstriyel – „Voluntary load curtailment program‟
• Austin Energy Company (Teksas) – „Load Cooperative Program‟
• CenterPoint Energy Company (Teksas) – Ticari – „Commercial Load Management Program‟
• El Paso Electric Company (Teksas) – Ticari&Endüstriyel – „Load Management Program‟
• Oncor Company (Teksas) – Ticari – „Commercial Load Management Program‟
• PG&E (Kaliforniya) – Endüstriyel – „Scheduled Load Reduction Program‟
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Bir son kullanıcı alanının toplam güç tüketiminin kontrolüne odaklanmış
(kontratlı azaltım, bina enerji yönetim sistemleri, yedek generatörler, vb.
vasıtası ile) programlar
Kontratlı azaltım tabanlı yaklaşımlar:
58
Dünya Örnekleri (devam):
• Southern California Edison (SCE) Company – Kaliforniya – Ticari – „Scheduled Load Reduction
Program‟
• PG&E (Kaliforniya) – Endüstriyel – „Optional Binding Mandatory Curtailment Program‟
• Southern California Edison (SCE) Company – Kaliforniya – Ticari – „Optional Binding Mandatory
Curtailment Program‟
• Diamond Energy Company (Singapur) – „Load Interruption Program‟
• CPvT Energy Company (Singapur) – „Load Interruption Program‟
• PG&E (Kaliforniya) – Endüstriyel – „Base Interruptible Program‟
• San Diego Gas&Electric Company (SDGE) (Kaliforniya) – Endüstriyel - „Base Interruptible
Program‟
• Ausgrid Company – Avustralya – Büyük ticari&Endüstriyel – „Dynamic Peak Rebate Trial‟
• Eskom Company (Güney Afrika) – „Supplemental Demand Response Compensation Program‟ Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Bir son kullanıcı alanının toplam güç tüketiminin kontrolüne odaklanmış
(kontratlı azaltım, bina enerji yönetim sistemleri, yedek generatörler, vb.
vasıtası ile) programlar
Kontratlı azaltım tabanlı yaklaşımlar:
59
Dünya Örnekleri (devam):
• Florida Power&Light (FPL) Company – Florida – Ticari – „On Call Program‟
• Endeavour Energy (Avustralya) – „PeakSaver Program‟
• ConEdison Company – New York – „Distribution Load Relief Program‟
• ConEdison Company – New York – Ticari – „Commercial System Relief Program‟
• American Electric Power (AEP) – Teksas – Ticari&Endüstriyel - „Load Management Standard
Offer Programs‟
• New York Independent System Operator (NYISO) – New York – Endüstriyel&Ticari –
„Emergency DR Program‟
• New York Independent System Operator (NYISO) – New York – Endüstriyel&Ticari – „Special
Case Resources‟
• UK Power Networks Company & Flexitricity& EDF Energy & EnerNOC – İngiltere – „Low
Carbon London Project‟
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Bir son kullanıcı alanının toplam güç tüketiminin kontrolüne odaklanmış
(kontratlı azaltım, bina enerji yönetim sistemleri, yedek generatörler, vb.
vasıtası ile) programlar
Bina enerji yönetim sistemi destekli programlar:
60
Tüketicinin güç tüketiminin bina enerji yönetim sistemine uzaktan erişim vasıtası ile komut
verilmesi sayesinde belirli zamanlarda istenilen seviyede azaltılması tabanlı programlar
Dünya Örnekleri:
• PG&E (Kaliforniya) – Endüstriyel – „Automated DR Program‟
• Southern California Edison (SCE) Company (Kaliforniya) Ticari – „Automated DR Program‟
• Kyocera, IBM Japan& Tokyu Community – Comverge& OpenADR Alliance & Fujitsu – pilot
çalışma – Japonya
• CLP Power Company (Hong Kong) – pilot çalışma
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Bir son kullanıcı alanının toplam güç tüketiminin kontrolüne odaklanmış
(kontratlı azaltım, bina enerji yönetim sistemleri, yedek generatörler, vb.
vasıtası ile) programlar
Yedek generatörler tabanlı programlar:
61
Tüketicinin son kullanım alanında bulunan standby/backup generatörünün uzaktan erişim ile belirli
zamanlarda devreye alınarak tüketicinin şebekeden çektiği gücün azaltılması ya da kesilmesi tabanlı
programlar
Dünya Örnekleri:
• TECO & Progress Energy Company – Florida – „Standby Generator Program‟
• TECO & Progress Energy Company – Florida – „Backup Generator Program‟
• Transpower Company (Yeni Zelanda) – Ticari – „Standby Generator Program‟ - ofis binaları,
hastaneler, veri merkezleri, vb. için
• Eskom Company (Güney Afrika) - „Standby Generator Program‟
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Birden fazla tüketiciden oluşan bölgelerin güç sistemine yansıyan yük talebi
şeklinin değişimine odaklanmış programlar
62
Aynı anda birden fazla tüketicinin güç tüketimini etkilemeyi hedefleyen programlar
Dünya Örnekleri:
• PG&E (Kaliforniya) – Endüstriyel – „Peak Day Pricing Program‟
Tüketicilerin enerji borsasına doğrudan ya da dolaylı olarak katılımına
olanak sağlayan programlar
Dünya Örnekleri:
• New York Independent System Operator (NYISO) – New York – „Day-Ahead DR Program‟
• New York Independent System Operator (NYISO) – New York – „Demand Side Ancillary Services
Program‟
• PG&E (Kaliforniya) – Endüstriyel – „Demand Bidding Program‟
• Southern California Edison (SCE) Company – Kaliforniya – Ticari - „Demand Bidding Program‟
• National Electricity Market of Singapore (NEMS) – Singapur - „Demand Bidding Program‟
• ELIA (Belçika İletim Sistemi Operatörü)& FEBELIEC (Belçika Endüstriyel Enerji Tüketicileri
Federasyonu) – Talep tarafı potansiyelinin şebekenin kritik zamanlarında enerji borsasına
REstore ve Energy Pool gibi toplayıcılar (aggregator) vasıtasıyla girişine imkan sağlamaktadır
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Ġlgi çekici farklı örnekler:
63
• TXU Energy – Teksas - „Free Nights or Weekends Program‟: Tüketicilerin gündüz ya da hafta içi
oldukça yüksek enerji birim maliyetini kabul etmesi karşılığı gece ve hafta sonları enerjiyi
ücretsiz kullanmasına dayalı bir programdır.
• National Grid – İngiltere - „Smarter Network Storage Project‟: MW/MWh kapasiteli enerji
depolama birimlerinin dağıtım sisteminin farklı alanlarında konumlandırılması ile birlikte
üretim/tüketim dengesi bozulduğunda bu dengenin dağıtım sisteminin her noktasında bahsi
geçen enerji depolama birimleri vasıtası ile sağlanması hedefiyle oluşturulmuştur.
• Bangladesh Power Development Board (BPDB) – Bengladeş: BDBP elektronik ve yazılı medya
aracılığı ile son kullanıcılardan elektrik enerjisi kullanımında daha rasyonel ve ekonomik
olmalarını (örneğin evlerdeki gereksiz cihazları kapatmalarını ya da büyük çaplı sulama
yüklerinin pik olmayan zaman dilimlerinde kullanılmasını) talep etmiştir. Bu sayede 400 MW‟lık
sulama yükünün pik olmayan zaman dilimlerine kaydırıldığı tahmin edilmektedir. BDBP çarpıcı
bir örnek olarak market ve dükkanların kapanış zamanlarını kontrol etmekte ve en geç akşam
8‟de kapanmalarını zorunlu kılmaktadır. Böylece akşam saatlerindeki pik yüke bu ticari alanların
etkisi azaltılmaya çalışılmaktadır. Bu alanda belirtilen uygulamanın azami pik yük azaltımına 350
MW‟lık katkı verdiği ve böylece zorunlu yük atma durumlarını azalttığı tahmin edilmektedir.
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
64 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
Elektrikli Araçların Rolü ve Potansiyeli
Binek araçlar
Elektrikli bisikletler
Hizmet
araçları
65 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
Elektrikli Araçların Rolü ve Potansiyeli
BMW i3 (Battery size: 33kWh, Charging rate: 7.7kW)
http://www.plugincars.com
Chevrolet Bolt (Battery size: 60kWh, Charging
rate: 7.2kW)
Chevrolet Spark EV (Battery size: 19kWh,
Charging rate: 3.3kW)
Fiat 500e (Battery size: 24kWh, Charging rate:
6.6kW)
Ford Focus Electric (Battery size: 23kWh,
Charging rate: 6.6kW)
Mercedes B-Class Electric Drive (Battery size:
28kWh, Charging rate: 10kW)
66 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
Elektrikli Araçların Rolü ve Potansiyeli
Kia Soul EV (Battery size: 27kWh, Charging rate:
6.6kW)
http://www.plugincars.com
Mitsubishi i-MiEV (Battery size: 16kWh, Charging
rate: 3.3kW)
Nissan LEAF (Battery size: 30kWh, Charging
rate: 6.6kW)
Smart Electric Drive (Battery size: 17kWh,
Charging rate: 3.3kW)
Volkswagen E-Golf (Battery size: 24kWh,
Charging rate: 7.2kW)
Renault ZoE (Battery size: 26kWh)
67 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
Elektrikli Araçların Rolü ve Potansiyeli
Charging rate: 120kW!
http://www.plugincars.com
Tesla Model X (Battery size: 100kWh) Tesla Model S (Battery size: 100kWh)
See https://www.tesla.com/en_GB/supercharger
68 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
Elektrikli Araçların Rolü ve Potansiyeli
• TÜİK Ocak 2017 raporuna göre İstanbul‟daki trafiğe kayıtlı toplam araç sayısı 3.875.145
şeklindedir. Bu araçların 2.669.296 tanesi binek araç sınıfındadır.
• Gelişmiş dünya ülkelerinde 10 yıllık periyotta %10‟luk elektrikli araç yaygınlaşma oranı
hedeflenmektedir. Bu orandaki bir araç yaygınlaşması İstanbul‟daki araç sayısına
uygulandığında yaklaşık 300 bin elektrikli araç sayısına ulaşılmaktadır.
• Bu araçların elektrik güç sistemi içerisine dahil olması en başta dağıtım sistemi
operatörlerini (BEDAŞ, AYEDAŞ) ilgilendiren büyük bir sorundur!
• Burada İstanbul için önemli planlama ve yatırım aksiyomları hayata geçirilmelidir.
69
Akıllı Şebekeler
Talep Tarafı Aksiyomları
Elektrikli Araçların Rolü ve Potansiyeli Substation Center
Control Center
(SCADA)
* Load info
* Historical info about
transformer
* Available battery SOC
•Required time for
charging
DR. OZAN ERDİNÇ – SMART GRID CONCEPT: OVERVIEW OF TECHNOLOGIES OPPORTUNITIES AND CHALLENGES
70 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
Ara
çta
n Ş
eb
ekeye (
Veh
icle
-to
-Gri
d –
V2G
) çalışm
a m
od
u
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 21 21 22 23 00
Going to work
Recharging in day time when proper
Returning home
Recharging at home
Selling electricity to grid
0%
100%
Stat
e-o
f-C
har
ge
Selling electricity to grid
71
Talep Tarafı Aksiyomları
Değerlendirme
• Yük tarafının da esnek hale getirilerek sistem işletiminde bu esnekliğin dikkate alınması
birçok ekonomik ve teknik avantajı beraberinde getirme potansiyeline sahiptir.
• Tüketicilerin zorunlu yük atma durumlarından asgari düzeyde mağdur olması oldukça
önemli bir husustur (10 MW‟lık bir tüketiciyi tamamen enerjisiz bırakmak yerine 10
MW‟lık tüketimi olan 10 adet tüketicinin tüketimlerini 1‟er MW azaltmalarını sağlamak
aynı katkıyı sağlayacaktır).
• İlgili talep tarafı aksiyomları için gerekli teknik altyapı (haberleşme, ölçme, vb.) için yatırım
gereksinimi önemli bir husustur.
• İlgili yüklerin belirli periyotlarda azaltımının beraberinde getireceği olası „load rebound‟ ya
da „load recovery‟ etkisi dikkate alınması gereken başka bir önemli husustur.
• Elektrikli araçlar gibi yeni nesil yükler ve hatta mobil enerji depolama imkanı sağlama
potansiyeli olan bileşenler talep tarafında sisteme planlı dahil edilmezler ise büyük
problemleri, eğer etkin bir planlama yapılır ise de önemli avantajları beraberinde
getirebilirler.
• Bütün bu değerlendirmeler ışığında global seviyede talep tarafı aksiyomlarının güç sistem
işletiminde rolünün her geçen artacağı aşikardır.
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Akıllı Şebekeler
72 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Enerji Verimliliği
Tanım:
• Belirli bir hizmet (ısıtma, soğutma gibi) veya üretim için harcanan enerji miktarının, teknolojik
uygulamalar veya teknik olmayan (daha iyi organizasyon ve yönetim, davranış değişiklikleri gibi)
önlemlerle azaltılmasıdır.
• Burada ilgili enerji tüketimini azaltırken tüketici konforu, üretim kalitesi, vb. hususları olumsuz
yönde etkilememek en önemli noktadır.
• Enerji verimliliği harcanan her birim enerjinin daha çok hizmet ve ürüne dönüşmesidir.
• Enerji verimliliği, bir çok noktadan aynı anda hızla geri kazanılabilecek ve daha küçük boyutlu çok
sayıda yatırımcıya yayılmış yatırımlarla elde edilebilecek bir enerji kaynağıdır.
Neden?
• Mevcut çevresel kaygılar enerji kullanımı açısından hızlı ve etkin aksiyomlar gerektirmektedir.
• En az % 25 gibi bir enerji tasarrufu potansiyelimiz hazır kaynak olarak elimizin altında durmaktadır.
• Enerji verimliliği çözümleri, yeni bir enerji yatırımına göre göre daha etkin, teknolojisi hazır ve
ucuzdur.
73 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Enerji Verimliliği
Enerji Verimliği Kavramını Ġçeren Yerel Çalışmalar
• Bina Enerji Yöneticisi Eğitimi ve Sertifikası
• Sanayi Enerji Yöneticisi Eğitimi ve Sertifikası
• Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği ve Enerji Kimlik Belgesi (EKB) düzenlemesi
Yönetmelik kapsamında Enerji Kimlik Belgesi (EKB)’nin hazırlanmasında kullanılacak ulusal hesaplama yönteminin yazılımı olan Bina Enerji Performansı Yazılımı (BEP-TR) 2010 yılı sonunda tamamlanmıştır.
Enerji Verimliliği Kanunu gereğince, tüm binaların 2 Mayıs 2017 tarihine kadar Enerji Kimlik Belgesi almaları zorunludur. Ancak ülkemizdeki mevcut binaların 2017 yılına kadar Enerji Kimlik Belgesi almalarının teşviki için Yönetmelikte bina alım satım ve kiralama aşamasında mal sahibi tarafından yeni kullanıcısına verilmesi öngörülmüştür.
Ġstanbul’da sayısı yaklaşık 100 bini bulan riskli binadan bahsedilmektedir. Bu hususta kentsel dönüşüm çalışmaları son birkaç sene içerisinde birçok ilçede büyük bir ivme kazanmıştır. Ayrıca birçok yeni bina projesi (konut, iş merkezi, vb.) de büyük bir hızla devam etmektedir.
Bu kadar binanın daha tasarım ve inşaat aşamalarında enerji verimliliği açısından ele alınması ve uygun aksiyomların planlanarak hayata geçirilmesi gelecekteki enerji talebi açısından büyük bir azalmayı beraberinde getirecektir.
Bu durum ülkemize ekonomik açıdan büyük bir katkı sağlayacaktır. Burada belediyeler, vb. denetleyici kurumlara da büyük görev düşmektedir!
74 Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji Verimliliği – Doç. Dr. Ozan ERDİNÇ
Genel Değerlendirme
• Yenilenebilir enerji sistemleri açısından: Ülkemizde regülasyonların daha etkin hale gelmesi
ile bu alanda son yıllardaki ivmemizi arttırarak devam ettirmek için büyük
potansiyelimiz mevcuttur. Ancak tüketici tarafındaki küçük çaplı kurulumların ileride
dağıtım sistemine yapacağı etki iyi irdelenmeli ve etkin bir planlama
gerçekleştirilmelidir.
• Akıllı şebekeler açısından: Günümüz vizyonundan akıllı şebeke vizyonuna geçiş uzun
zamanlı bir değişim sürecidir ve bu değişim süreci birçok sosyal, teknik ve ekonomik
zorluğu beraberinde getirmektedir. Akıllı şebekelerin geleceğini kesin bir şekilde
kestirmek güç olsa da her aşamada dünyaya birçok açıdan faydalar katacağı aşikardır. Bu
açıdan akıllı şebeke olgusunu destekleyen herkesin amacı; en kısa zaman dilimi
içerisinde Edison'un yaşasaydı tanıyamayacağı kadar değişmiş, yepyeni bir elektrik güç
sistemine kavuşmak olmalıdır.
• Enerji verimliliği açısından: Kentsel dönüşüm özellikle binalardaki enerji verimliliği
açısından İstanbul için büyük bir fırsattır. Ancak özellikle Enerji Kimlik Belgesi sadece
kağıt üzerinde bir zorunluluk değil, etkin olarak denetlenen bir uygulama şekline
dönüştürülmelidir. Burada ise en büyük rol belediyelerindir. Sanayide bu alandaki
gelişmeler zaten teknoloji ile paralellik arz etmekte ve özel yatırımcı zaten bu alana
kendi tesisinde çoğu zaman önem göstermektedir.
Yenilenebilir Enerji, Akıllı Şebekeler ve Enerji
Verimliliği
Doç. Dr. Ozan Erdinç Yıldız Teknik Üniversitesi – Elektrik Mühendisliği Bölümü
Sürdürülebilir Şehirler Eğitimi
İstanbul | 1-2 Ağustos, 2017
İLGİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM