Yenilenebilir Enerji Santrallerinin Şebekeye Etkileri
Yenilenebilir enerji kaynaklarının artan kullanımı ile enerji akış yönü değişmeye başlamıştır. Teknik yazıda; bu durumun, şebekeye etkileri incelenecektir. Enerji dağıtım sistemlerinin iki yönlü enerji transferini sağlayabilen ve gerilim seviyesinin üretimle birlikte yükler tarafından belirlenebildiği aktif bir sistem haline dönüşmesi gerekmektedir.
Dağıtılmış Enerji Üretimi (DEÜ) ve Şebekeye Etkileri
Dağıtılmış enerji üretiminin (DEÜ) enerji dağıtım sistemlerinde artması, elektrik şebekelerinin durağan (normal çalışma) ve geçici hal durumlarını etkilemektedir. Dağıtılmış enerji kaynaklarının uygun olmayan yerlere bağlantısı, gerilim çökmelerine veya yükselmelerine sebep olabileceği gibi, kayıpların artmasına ve iletim hatlarında aşırı yüklenmelere neden olmaktadır.
Herhangi bir DEÜ kaynağının şebekeye bağlantısı yapılmadan önce, mutlaka sistem üzerinde yapacağı etkilerin teknik ve ekonomik değerlendirmesi yapılmalıdır. DEÜ kaynaklarının etkileri faydalı olabileceği gibi, bazı durumlarda ise sistem istikrarı ve enerji kalitesi ile ilgili olumsuz sonuçlara da neden olabilmektedirler. DEÜ kaynaklarının kullanım oranı ve çıkış gücü, dağıtım sisteminde gerilim seviyesi değişim oranının artmasına sebep olmaktadır.
Tüketim ve Üretim Kaynağının Yakın Olması Durumunda
Genellikle, normal işletme koşullarında tüketicilere yakın noktalarda şebekeye bağlantı yapan küçük güçlü DEÜ kaynakları, iletimden kaynaklanan kayıpları düşürmekte ve dolayısıyla besleme hatlarının ucunda oluşan gerilim düşümlerini de azaltmaktadırlar. Üretilen enerji, DEÜ kaynağına yakın tüketiciler tarafından kullanıldığı durumlarda, şebeke genelinde en düşük olumsuz etkiler oluşmaktadır.
Tüketim ve Üretim Kaynağının Uzak Olması Durumunda
DEÜ kaynaklarının tüketicilerden uzak olduğu, üst gerilim seviyelerine doğru enerji transferinin gerektiği durumlarda, iletim hatlarının aşırı yüklenmesine ve kayıpların artmasına sebep oldukları bilinmektedir. DEÜ kaynaklarının kurulum kapasiteleri, bağlı oldukları dağıtım sistemi içerisinde istikrarı bozmamak için, genellikle ticari kaygılardan dolayı sabitlenmiştir.
DEÜ Kaynaklarının Sınıflandırılması
DEÜ kaynakları, çok çeşitli ve farklı teknolojik sistemlerden oluşmaktadır. Pratikte, şebekeye doğrudan generatörler üzerinden veya evirici (inverter) üzerinden bağlanmaktadırlar. Elektrik şebekesine bağlantı açısından değerlendirildiğinde, DEÜ kaynakları iki temel sınıfa ayrılmaktadır:
- Senkron ve Asenkron Generatörlerin Oluşturduğu Döner Makineler:
- Senkron Generatörler: İçten yanmalı dizel generatörler ve gaz türbinleri, hidroelektrik santraller (HES), rüzgar enerjisi santralleri (RES)
- Asenkron Generatörler: RES ve küçük HES
- Evirici Tabanlı DEÜ Kaynakları: Yakıt pilleri, fotovoltaik sistemler (PV), mikrotürbin ve RES
DEÜ kaynaklarının şebekeye bağlantı durumu incelendiğinde, kararlı durağan durumlar için benzer etkilerinin olduğu ancak, birbirinden oldukça farklı geçici hal durumları için dinamik etkilerinin olduğu bilinmektedir.
Yenilenebilir Enerji Kaynakları ve Şebeke Entegrasyonu
Yenilenebilir enerji kaynakları (büyük hidrolik santraller hariç), konvansiyonel (geleneksel) santraller ile güç açısından kıyaslandığında, oldukça küçük enerji yoğunluğuna sahiptirler. Bu yüzden yatırım maliyetleri açısından değerlendirildiğinde, bu tip küçük üretim kaynaklarının elektrik şebekesiyle entegrasyonunun en tabii (maliyet etkin) yolu, mevcut dağıtım ve iletim sistemine ait trafo merkezleri üzerinden sisteme bağlanmalarıdır.
Ülkemizde EPDK ve TEİAŞ tarafından uygulanmakta olan yenilenebilir enerji santrallerinin bağlantı ölçütleri uyarınca (özellikle rüzgâr santralleri için) bağlantı yapılacak trafo kısa devre gücünün %5 değerini geçmeme kısıtlaması getirilmiştir. Bu değer, aslında pratikteki uygulamalar için genel-geçer bir değer olup, her bir yenilenebilir enerji santralinin (YES) kurulum gücü, bağlantı yapılmak istenen şebekenin herhangi bir noktasına göre değişkenlik göstermektedir.
Benzetim Çalışması ve Sistem Özellikleri
Benzetim çalışması içerisinde Adana-Mersin bölgesine ait 66 kV iletim sistemi analiz için seçilmiş ve 2002 yılına ait mevcut iletim hatları, trafo, generatör ve yük karakteristik verileri kullanılmıştır. Ek’te tek hat şeması verilen çalışmaya referans oluşturan 66 kV’luk iletim sistemi, ulusal şebekeye tek bir noktadan bağlı olup, bünyesinde 70 MW’lık dahili üretim ve 100 MW’lık tüketime sahiptir. 30 MW’lık geri kalan fark ulusal şebekeden besleniyor olup, bu seviye farklı güçlerde yenilenebilir enerji kaynaklarının sisteme bağlanmasıyla (entegre olmasıyla) değişmektedir.
Benzetim Sonuçları ve Değerlendirme
Benzetim çalışmalarında 5, 10 ve 25 MW güçlerindeki endüksiyon generatörlü, çift beslemeli endüksiyon generatörlü ve evirici üzerinden bağlı senkron generatörlü rüzgar santralleri ile fotovoltaik pil , yakıt pili ve küçük hidroelektrik santrallerin, şebekeye farklı noktalardan bağlantısının, sistemin gerilim seviyeleri, kısa devre akım seviyeleri ile aktif ve reaktif enerji iletim kayıpları üzerine yapacağı etkiler incelenmiştir.
Neticeler tetkik edildiğinde, TEİAŞ tarafından uygulanmakta olan, yenilenebilir santrallerin kurulum güçlerini kısıtlayan, bağlantı noktasının kısa devre gücünün %5’ini aşmama uygulamasının, benzer Avrupa Birliği (AB) uygulamalarıyla karşılaştırıldığında oldukça sınırlı olduğu, bu oranın her bağlantı noktasının karakteristiğine bağlı olarak artırılabileceği değerlendirilmiştir.
YES santrallerinin kurulum gücü tespit edilirken; YES generatörü modeli (kontrol mekanizmaları), şebekenin bağlantı noktasının kısa devre gücü, şebekenin hat karakteristikleri (direnç -rezistif-, indüktif), mevcut koruma elemanlarının kısa devre akım kapasiteleri, temel belirleyici etken olmaktadırlar.
Ayrıca, herhangi bir yenilenebilir enerji santrali veya bir diğer tabirle dağıtılmış enerji üretim santralinin, şebekeyle optimum şekilde entegre olabilmesi için, aşağıda listelenen özellikleri sağlamak zorunda olduğu tespit edilmiştir:
- Değişen aktif ve reaktif enerji üretimlerinden dolayı şebekede istenmeyen gerilim değişimlerinin önlenmesi,
- Mevcut şebeke elemanlarının kısa devre akım limitleri ile ısıl dayanım kapasitelerinin zorlanmaması,
- Dalgalanma (fliker) ve harmonik üretiminin kabul edilebilir sınırlar içinde olması,
- Anahtarlama olaylarından ve anlık devreye girme olayları gibi geçici durumlarda, şebeke kararlılığının limit değerleri içerisinde olması,
gerekmektedir. Bu koşullar dikkate alındığında, YES bağlantısı yapılacak şebekenin, YES kaynaklı kısıtlılık durumlarını aşabilmesi için, rezerv kapasite yedeğinin olması, şebekede sürdürülebilir arz güvenliği için kaçınılmaz olduğu ortaya çıkmaktadır.
Kaynakça: Akdeniz, E., Kaypmaz, A., & Yağmur, E. A. (2006). Yenilenebilir kaynaklardan enerji üretiminin şebekenin enerji kalitesi üzerine etkilerinin incelenmesi. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi.
Bu çalışmada kullanılan teknik bilgiler ve veriler için Akdeniz, Kaypmaz ve Yağmur’un değerli katkılarından dolayı teşekkür ederim.
