Son zamanlarda gündeme gelen “Akıllı Şebeke” kavramını açıklar mısınız?
Küresel ısınmanın etkilerinin şiddetle hissedilmeye başlanması ve karbon temelli enerji kaynaklarının rezervlerinin azalması tüm dünyada “enerji verimliliği” ve “temiz-yenilenebilir enerji” kavramlarını gündeme getiriyor. Bununla birlikte özellikle rüzgar ve güneş kaynaklı yenilenebilir enerji kaynaklarının (YEK) kullanımı hızla yaygınlaşmaya başladı. Aynı zamanda teknolojinin sürekli gelişimi, enerji talebinin sürekli artış eğiliminde olması, bu talebin karşılanmasında “enerji verimliliği” ile “enerji güvenilirliğinin sürekliliği ve kalitesi” gibi kavramlar sık sık gündeme geliyor.
Bu gelişim ve ihtiyaçlar karşısında elektrik şebekeleri çok yeni uygulamalarla karşılaşmaya başladı. Örneğin dağıtık üretim sistemleri olarak adlandırılan çok sayıda farklı noktadan güç sistemine bağlanan birkaç kW’tan birkaç MW’a kadar olabilecek çeşitli büyüklüklerde YEK’ler, aynı şekilde evlerde, sanayi tesislerinde veya şebeke ölçeğinde kullanılabilecek enerji depolama uygulamaları ve şebeke bağlantılı elektrikli araçlar gibi. Tüm bu gelişime ayak uydurup, ihtiyaçlara uygun, dengeli ve güvenilir bir işletme sağlanabilmesi için yüksek seviye izleme ve kontrol işlevlerine sahip, mevcut durum analizlerine göre uygun işletme şartları sağlayabilecek şekilde kendiliğinden karar verebilen ve üretim-tüketim birimleri arasında dengeli işletme sağlayabilen yeni bir konsept olarak “akıllı şebekeler” kavramı ortaya kondu.
Akıllı şebeke sistem yapısı
Türkiye' de bu gelişim hangi aşamada ve araştırmalar hangi konularda yoğunlaşıyor?
Türkiye’de bu alandaki uygulamalar henüz özellikle rüzgar ve güneş kaynaklı YEK’lerin kurulup şebekeye bağlanması aşamasında devam ediyor. Bir diğer taraftan dağıtım şirketlerinin sayaç okuma sistemlerinde uzaktan okuma sistemlerine geçmeye başladığı, dağıtım merkezleri ve trafo istasyonlarında SCADA sistemleri ile uzaktan izleme ve kontrol uygulamalarını devreye aldıklarını görüyoruz.
Araştırmalar tarafına değinecek olursak ülkemizde birçok üniversitede “akıllı şebekeler”, “YEK’lerin şebeke entegrasyonu”, “enerji depolama uygulamaları” ve “elektrikli araçlar” gibi konular oldukça popüler çalışma konularıdır. TÜBİTAK için de bu konular öncelikli araştırma konuları olarak belirlendi ve bu konularda yapılan çalışmalara önemli destekler sunuluyor.
Sizin bu alandaki çalışmalarınız nelerdir?
Kocaeli Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölüm’ünde bu kapsamda TÜBİTAK desteği ile yürütülmekte olan “Fotovoltaik kaynaktan beslenen üç-fazlı, dört-telli, akıllı mikro şebeke yapısının batarya ve ultrakapasitörden oluşan hibrit enerji depolama sistemi ile geliştirilmesi” başlıklı 113E143 numaralı bir projemiz var.
Bu proje, akıllı şebeke kapsamında birçok bileşeni bir arada ele alan bir çalışma. Proje kapsamında 5kWp fotovoltaik (FV) güneş enerji sistemi fakülte çatısına kurulmuş ve deneysel çalışmalar dışında üretilen enerji fakülte içerisinde kullanılıyor ve uzaktan izleme sistemi ile kurulumdan bu yana tüm üretim verileri enerji.kocaeli.edu.tr internet adresi üzerinden izlenilebiliyor. Deneysel çalışmalar için gerektiğinde FV sistem mevcut eviriciden ayrılarak proje test düzeneğine bağlanabiliyor.
5,1kW FV panel kurulumu ve şebeke bağlantılı evirici
Fotovoltaik panellerin kontrol panoları
Proje kapsamında ilk aşamada FV sistemin şebeke bağlantısını sağlayan üç-fazlı, dört- telli bir evirici geliştirilmiştir. Bu eviricinin özelliği çift yönlü enerji akışı sağlayabilmesi ve akıllı bir enerji yönetim algoritması ile işletilebilmesidir. Bu şekilde FV güç, enerji depolama biriminin şarj durumu, yüklenme durumu ve şebeke verileri gibi sistem bileşenleri sürekli izlenmekte ve ihtiyaca ve duruma uygun çeşitli senaryolarla optimum işletme sağlanmaktadır.
Proje güç akışı
Daha sonra sisteme enerji depolama entegrasyonu sağlayacak ve çift yönlü enerji akışına uygun DC-DC dönüştürücü tasarlanarak sisteme enerji depolama birimi bağlandı. Burada kullanılan enerji depolama biriminin özelliği batarya ve ultrakapasitörden oluşan hibrit bir enerji depolama sistemi olmasıdır.
Batarya grubu ve bağlantıları
Chroma FV simülatör ve ultrakapasitör
Çift yönlü DC/DC dönüştürücü yapısı
Sistemin mikro şebeke olarak ele alınmasının sebebi herhangi bir sebeple şebeke bağlantısı kesildiğinde sistemin ada modunda yükleri belirli bir süre beslemeye devam etmesidir. Bu kapsamda yük yönetim işlevleri ve ada modu algılama ve işletme yöntemleri incelenmektedir.
Bu çalışmaları yürütürken nasıl bir ekip ve altyapıdan faydalanıyorsunuz?
Kocaeli Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü’nde, TÜBİTAK desteği ile yürütülmekte olan bu projede, 6 kişilik ekip aktif olarak görev üstlendi. Proje yürütücüsü Prof. Dr. Engin Özdemir, Araştırmacı Doç. Dr. Şule Özdemir, Proje Danışmanı Yrd. Doç. Dr. Mehmet Uçar, Proje Bursiyerleri Araştırma Görevlisi doktora öğrencisi Koray Erhan, doktora öğrencisi Ahmet Aktaş ve yüksek lisans öğrencisi İsmail Murat Koç proje ekibini oluşturuyor. Ayrıca, doktora öğrencisi Adem Çalıker ve yüksek lisans öğrenci Yağmur Kırçiçek, TÜBİTAK öncelikli alanlar programı kapsamında bursiyer olarak çalışmalarıyla projeye destek sağlıyor.
Proje ekibi
Deneysel çalışmalar için faydalandığımız ekipmanlar ise fotovoltaik simülatör, güç kaynakları, osilaskop, güç analizörü ve multimetre, Matlab, dSpace, programlanabilir yük grubu, farklı tipte batarya gruplarından (VRLA, LiFePO4) oluşmaktadır.
Üniversitelerde yürütülen bu projelerin ve bilgi birikiminin sanayi ile işbirliğine geçmesi konusunda ne düşünüyorsunuz, sizin bu konuda katkılarınız nelerdir?
Şu anda Gebze Teknoparkta yer alan MAVİSİS A.Ş. adlı yerli solar evirici üreticisi firmaya danışmanlık desteği veriyoruz. MAVİSİS firmasının, “DGES Depolamalı Güneş Elektriği Santrali Teknolojisi Geliştirme Projesi” adlı TÜBİTAK-TEYDEP 1511 Öncelikli Alanlar Araştırma Teknoloji Geliştirme ve Yenilik Programı Projesi kapsamında yürütülen çalışmalara, yüksek lisans öğrencisi Yağmur Kırçiçek batarya modelleme, doktora öğrencisi Adem Çalıker ise batarya yönetim sistemi geliştirilmesi konusunda katkı sağlıyor.
Türkiye enerji kaynakları bakımından dışa bağlı bir durumda ve ithalatının büyük bölümünü enerji ithalatı oluşturmaktadır. Bu bakımdan YEK’lerin en yüksek oranda en hızlı şekilde yaygınlaştırılması sağlanmalıdır. Bu kapsamda bizim yürüttüğümüz enerji depolama sistemlerinin geliştirilmesi konusunun da YEK’lerin daha etkin bir şekilde kullanımına katkı sağlamasını hedefliyoruz. Bu süreçte, ülkemizdeki yerli üreticilerin ve Ar-Ge çalışmalarının desteklenmesi, üniversite sanayi işbirliklerinin güçlendirilmesi ile yerli ürünlerin hem ulusal hem de uluslararası pazarda yerini alması mümkün olacaktır.
Kocaeli Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği bölümü olarak akademisyen veya piyasada çalışan bu konularda yüksek lisans ve doktora çalışmaları planlayan araştırmacıları üniversitemize bekliyoruz. Teknolojik gelişimde yerli üretimin payının artırılabilmesi için sanayicilerimize ve girişimcilerimize buradaki kadromuz ve altyapımızla Ar-Ge desteği sağlamaya hazırız.
