Akıllı şebeke

Akıllı şebekeler, içlerinde çeşitli işlemlerin yürütüldüğü, akıllı sayaçlar ile enerji ölçümlerinin yapıldığı ve yenilenebilir enerji kaynakları ile birlikte diğer verimli enerji kaynaklarının bulunduğu bir çeşit elektrik şebekeleridir. Elektriksel gücü düzenleme, kontrolü ve dağıtımı akıllı şebekelerin önemli özelliklerindendir.

Alternatif akım ile çalışan elektrik şebekeleri ilk olarak 1886'da Great Barrington, Massachusetts'de kurulmuştur. O sıralarda, şebekede tek yönlü elektrik enerjisi iletimi, dağıtımı ve talebe dayalı kontrol merkezde toplanmıştı.

20. yüzyılda yerel şebekeler zamanla gelişti ve sonunda ekonomik ve güvenilirlik açısından birbirilerine bağlandılar. 1960'lara kadar, gelişmiş ülkelerin elektrik şebekeleri inanılmaz büyüme gösterdi ve pek çok enterkonnekte sistemler ile birbirine bağlandı. Binlerce merkezi üretim istasyonları evsel kullanım ve daha küçük endüstriyel bölgelere yüksek kapasiteli iletim hatları aracılığıyla çeşitli dallara ayrılarak elektriği tedarik etti. 1960'larda şebeke topolojileri güçlü ölçekteki ekonomilerin bir sonucuydu. Halen 1 GW (1000 MW) ile 3 GW arasındaki büyük ölçekli kömür ve gaz yakıtlı ve diğer çeşitli termik santraller maliyet açısından verimli bulunmaktadır.

Elektrik üretim santralleri genelde fosil yakıt rezervlerine yakın konumlandırılmıştır. Bunun yanında, ya madenlere ya petrol kuyularına ya da demir yolu, otoyol, liman gibi stratejik noktalara uzak olmayacak şekilde kurulmuşlardır. Ayrıca, hidroelektrik santrallerin dağlık bölgelere kurulması yeni gelişen şebeke sistemlerini etkilemiştir. Nükleer santraller soğutma suyunun kullanılabilir olduğu yerlere kurulmuştur. Son olarak, fosil yakıt kullanan santraller çevre kirliliğine sebep olduklarından ötürü elektrik dağıtım şebekelerinin izin verdiği ölçüde ve finansal açıdan nüfus yoğunluğunun az olduğu bölgelere kurulmuşlardır. 1960'ların sonuna doğru, elektrik şebekesi gelişmiş ülkelerde nüfusun ezici çoğunluğuna ulaşmıştı.

Elektrik tüketiminin ölçülmesi farklı tüketicilerin yüksek derecede değişkenlik gösteren tüketimlerine göre kullanıcı başına doğru faturalandırılması gerekmektedir. Şebekenin büyüme süresi boyunca sınırlı veri toplama ve işleme kabiliyeti nedeniyle, sabit tarife düzenlemeleri ve gece saatinin gündüz enerjisinden daha düşük bir oranda şarj edildiği çift tarife düzenlemeleri yaygın olarak uygulanmıştır. 1960'ların şebekesinin ölçüm yetenekleri, sistem üzerinden fiyatlandırmanın dağıtım şirketlerinin arasında yayılması açısından teknolojik kısıtlamalara sahipti.

1970'lerden 1990'lara kadarki dönemde artan talep elektrik santrallerinin sayısında artışa sebep oldu. Bazı bölgelerde elektriğin tedariki özellikle en yoğun zamanlarında talebi karşılayamaz hale geldi ve bunun sonucunda gerilim düşümü ve elektrik kesintileriyle birlikte güç kalitesinde düşüş meydana geldi. Artan bir şekilde, elektrik endustri, ısınma, haberleşme, aydınlatma ve eğlence için vazgeçilmez hale geldi ve tüketiciler daha yüksek güvenilirlik talep etmeye başladı.

20. yüzyılın sonlarına doğru, elektriksel talep modeli kuruldu. Evsel ısınma ve soğutma sistemleri ile birlikte gün içerisinde kısa süreli periyotlar halide günlük elektrik talep pik yapmış oldu ve bunu önlemek amacıyla pik güç generatörleri kullanıldı. Bu pik generatörlerinin az kullanımı (genellikle, nispeten düşük maliyetleri ve daha hızlı devreye alma süreleri nedeniyle gaz türbinleri kullanıldı) ve elektrik şebekesindeki gerekli fazlalık, elektrik şirketlerine yüksek maliyetler ile sonuçlandı. artan tarifeler şeklinde aktarıldı.

21. yüzyılın başlarından bu yana, elektrik şebekelerinin kısıtlılığının ve maliyet probleminin çözümlenmesine yönelik elektronik haberleşme teknolojisindeki gelişmelerden yararlanma fırsatları ortaya çıkmıştır. Ölçümdeki teknolojik sınırlamalar, en yüksek güç fiyatlarının ortalamasının alınması ve tüm tüketicilere eşit olarak aktarılması kolaylaşmıştı. Buna paralel olarak, fosil yakıtların sebep olduğu çevre kirliliğinin yarattığı endişe yenilenebilir kaynaklarına olan talebi de artırmış oldu. Rüzgar enerjisi ve güneş enerjisi gibi önemli miktarda değişkenlik gösteren yaygın sistemler bunlara ek olarak daha ileri düzey kontrol sistemlerini ihtiyaç haline getirdi. Fotovoltaik hücrelerden üretilen güç büyük ölçekli elektrik üretim santrallerinin yerindeliğini sorgulatmaya başladı. Hızlı bir şekilde düşen maliyetler merkezi dağıtım şebeke topolojisindeki uçtan uca büyük değişikliğe işaret etti. Son olarak, merkezi enerji santrallerine daha az bağlı olan daha güçlü elektrik şebekeleri kurulmaya başlandı.

Akıllı şebeke, elektrik arzının zorluklarına karşı mevcut ve önerilen yanıtların tamamını temsil eder. Çok çeşitli faktörler nedeniyle evrensel bir tanım üzerinde anlaşma sağlanamamıştır. Bununla birlikte, burada olası bir sınıflandırma verilmiştir.

Akıllı şebekeler, bir teknisyenin veya mühendisin müdahalesi olmaksızın kendi kendini onarmaya izin veren ve hata tespitini geliştirmeye yönelik durum tahmini yaparak teknolojik altyapıdan faydalanması anlamına gelmektedir. Bu, elektriğin doğal felaketler, çeşitli saldırılar ve hasar görebilirliği açısından tedarikinin sağlama alınması anlamına gelmektedir.

Yeni nesil iletim ve dağıtım altyapısı, olası çift yönlü enerji akışlarını daha iyi idare edebilecek ve bina çatılarındaki fotovoltaik paneller ile birlikte elektrikli arabaların, rüzgar türbinlerinin, hidroelektrik gücün, yakıt hücrelerinin ve diğer kaynakların kullanımına kadar dağıtık üretime izin vermektedir.

Özellikle talep tarafı yönetimi dahil olmak üzere enerji altyapısının verimliliğinin genel olarak iyileştirilmesine çok sayıda katkı akıllı şebeke teknolojisinin geliştirilmesi ile beklenmektedir. Örneğin, elektrik fiyatındaki kısa süreli ani yükselişler sırasında klimaların kapatılması, Voltaj / VAR Optimizasyonu (VVO) yoluyla dağıtım hatlarında mümkün olduğunca gerilimi düşürür ve ayrıca dijital ölçüm altyapısı sistemleri ile teknisyenlerin sayaç ölçümlerini bizzat giderek ölçmesinden doğan zaman kaybını telafi etmektedir.

Akıllı şebekenin gelişmiş esnekliği, harici enerji depolaması eklenmeden bile, güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi gibi çok değişken yenilenebilir enerji kaynaklarının daha fazla nüfuz etmesine izin verir. Mevcut şebeke altyapısı, dağıtık birçok besleme noktasına izin vermek için oluşturulmamıştır ve tipik olarak yerel (dağıtım) düzeyde bir miktar beslemeye izin verilse bile, iletim seviyesi altyapısı bunu kaldıramaz. Rüzgarlı veya bulutlu havalardan dolayı dağıtık üretimdeki hızlı dalgalanmalar, elektrik mühendislerinin karşısına önemli bir problem olarak çıkmakta ve bunu daha fazla kontrol edilebilir çıkışa sahip hidroelektrik generatörler ve gaz türbinleri aracılığıyla güç seviyeleri stabilize edilmektedir. Bu nedenle, akıllı şebeke teknolojisi, şebekede büyük miktarda yenilenebilir elektriğe sahip olabilmek için gerekli bir koşuldur.