Arz ile talebi dengelemek

Siemens mühendisleri, AB'nin Akıllı Enerji için Geleceğin İnterneti projesinde, enerji dönüşümünü destekleyecek ve akıllı bir şebeke kurulumunu kolaylaştıracak bir veri ağı tasarlıyor. Yakın bir zamana kadar Acme Refrigerated Warehouse Ltd. ne zaman endüstriyel soğutma sistemlerini çalıştırmaya başlasa, yerel enerji şirketi telaşa kapılırdı. Soğutma işlemi genellikle akşamları yapılırdı.

Çünkü o saatlerde enerji satın almak isteyenlerin sayısı çok az olduğundan fiyatlar da düşük olurdu. Bu soğutma üniteleri gündüzleri sadece hava sıcaklığının önceden tanımlanmış bir eşiği aşması durumunda yeniden uğuldamaya başlardı. Oysa günümüzde tam tersi bir durum söz konusu. Yaz ortasında bile artık akşamları hiçbir makina çalıştırılmıyor ama bu sistemler gündüzleri neredeyse aralıksız saat gibi çalışıyor. Peki değişen ne? Bugün onlar güneş enerjisiyle çalıştırılıyor.

Görsele tıklayın.
Ancak havanın bulutlu olduğu günlerde, bu altyapı hizmetleri şirketlerinin anlık sürelerde başka enerji kaynaklarına yönelmeleri gerekiyor. Bunu başarabilmek için ise bu akıllı enerji arzı sistemi yani "akıllı şebeke", baştan aşağıya yeni bir iletişim altyapısına gereksinim duyuyor. Her ne kadar bu kurmaca bir örnek ise de, Avrupa Birliği'nin Akıllı Enerji için Geleceğin İnterneti (FINSENY) projesinin akıllı şebekeler konusunda ne gibi meydan okumalarla yüzleşeceğini gayet iyi tanımlıyor.

Bu proje, enerji arzı sistemindeki katılımcılar arasında içiçe geçmiş sıkı bir ilişkiler ağı, geliştirilmiş iletişimler ve arttırılmış kaliteye gereksinim duyulacağını öngörüyor. FINSENY, 220'den 380 kilovolt'a (kV) kadar yüksek-voltaj seviyesinden 10'dan 30 kV'ye kadar orta-voltaj seviyesine ve 230'dan 400 V'a kadar düşük-voltaj seviyesine kadar şebekenin tamamını dikkate alan ilk projedir. ~
Siemens Kurumsal Teknolojler'de (CT) şebeke uzmanı olan Dr. Kol-ja Eger, "Almanya'da sürdürülebilir enerji arzına geçilmeye başlanmadan önce bu üç seviyenin birbirleriyle neredeyse hiç iletişimi yoktu. Çünkü düşük-voltaj seviyesi sadece bir tüketici rolü oynuyordu" diyor. Günümüzde Eger, "Bu enerji dönüşümü, merkezi olmayan enerji jeneratörlerinin sayısının artmasıyla bu ilişkileri tersine döndürdü" diyor.

Bunun sonucunda enerji şebekeleri artık sürekli değişim halinde. "Ancak" diye ekliyor "Saha testleri, yenilenebilir enerjilerin payı dramatik boyutlarda artsa bile, bir hayli maliyetli olan şebeke genişletme zorunluluğunu engelleyebilir." Eger, bu amaçla, 12 ülkeden 35 ortakla birlikte FINSENY projesini koordine ediyor.

Konvansiyonel bir sistemde enerji, yüksek-voltaj şebekesinden daha aşağıdaki seviyelere doğru akar. En "üstte" büyük enerji tesisleri vardır ve onun altındaki bölümler sadece enerjiyi ileriye doğru nakleder. Oysa günümüzde enerji aynı zamanda yerel olarak tüketiciler tarafından da üretiliyor. Bu enerji yerel olarak tüketildiği müddetçe hiçbir sorun çıkmaz. Ancak arzın talebi aştığı durumlarda bir sorun çıkartabilir.

Çünkü konvansiyonel dönüştürücü istasyonlarında enerji yukarıya doğru dönüştürülemez. Herhangi bir hasarın oluşmasının engellenmesi için üretimin kısılması gerekir. Eger, "Enerji tedarikçileri günümüzde kendi istasyonlarının diğer tarafındaki enerji akışı hakkında hiçbir şey bilmez ama bu durumun mümkün olan en kısa sürede değişmesi gerekiyor" diyor.

Bir başka sorun ise elektrik şebekelerinin farklı pazarlarda farklı şekillerde geliştirilmelerinden kaynaklanmaktadır. Örneğin Almanya'da, elektrik saatleri geleneksel olarak bodrumlarda veya apartman girişlerinde bulundurulur. Ancak diğer ülkelerde evin dışında muhafaza edilirler. Aynı zamanda dağıtım trafo istasyonlarının da yerleri farklıdır. Transformatörler, ABD'de doğrudan elektrik direklerine tutturulurken, Almanya'da ise küçük kulübelerin içindedir. Elektrik direkleri ve dolayısıyla transformatörler arasındaki me-
safeler çok kısa olduğundan, ABD için yurtiçi WLAN'leri model alan kablosuz şebekeler kurmak makul bir seçenektir. Almanya'da ise bü türden çözümler uygun değildir. Bu yüzden FINSENY'nin tavsiyeleri ülkeye ve şebeke mimarisine göre değişmektedir.~

Siemens'in Altyapılar ve Şehirler Sektö-rü'nün Akıllı Şebekeler Bölümü'ndeki Akıllı İletişimler Birimi'nin başkanı Guido Helbich, mühendislerin 2013 Mart'ından buyana projeden elde ettikleri sonuçları somut durumlara uyguladıklarını söylüyor. Ekibiyle birlikte Helbich bu araştırmanın sonuçlarını bir grafiğe aktarmış. Grafikte görülen ise yenilenebilirenerjinin payının giderek artmasıyla Siemens'de elektrik mühendisliği ile iletişimi alanlarının daha önce örneğine rastlanmamış derecedeyakınlaşmasıydı.

Eger, "Dünyada ilk defa Şeylerin İnterneti ile Hizmetlerin İnterneti somut biçimlere bürünüyor" diyor. Ancak burada bütün güneş panellerinin altyapı hizmetleri şirketine sadece birkaç byte'lık bilgi göndermek için ayrı ayrı bilgi otobanlarına sahip olmaları gerekmiyor. Enerji hattının kendi içine yerleştirilmiş dar-bantlı bağlantılardan faydalanmak da yeterli olabilir.

Elektrik şebekesinde önemli alt-istasyon trafoları gibi bazı bileşenler fevkalade güvenilir bağlantılara ihtiyaç duyar. Bu gibi trafolar küçük barakaların içinde muhafaza edilir. Helbich, "İletişim cihazlarını koymak için geriye neredeyse hiç yer kalmaz" diyor. Bu gibi yapılar genellikle çok eskidir ve inşa edilirlerken kimsenin aklına veri ağları için bir kanal sistemi kurmak gelmemiş.

Bu yüzden burada hücresel şebekeler kurmak çok akıllıca bir seçim olur çünkü dünyadaki ülkelerin çoğunda evrensel kapsama alanına sahiptir ve aynı zamanda fiber optik kablolardan çok daha ucuza malolurlar. Helbich, "Araştırmamızda UMTS ve LTE platformları ile özel kablosuz ağlar kullanan çözümler tavsiye ediliyor" diyor. Ancak burada dikkate alınan sadece söz konusu veri miktarı değil.~
Hücresel bir ağda kabul edilebilir sinyal gecikmeleri birkaç yüz milisaniye ile bir tam saniye arasında değişebilir. Eğer bir enerji şebekesinde veriler hedefine çok geç varır ise o zaman enerji arzı riske giriyor olabilir. Enerji şebekeleri için bilgi otobanları. Genel kural olarak, bir bileşen ne kadar tesirli ve ne kadar çok hayati önem taşıyorsa, onun veri bağlantılarının da o kadar hızlı ve güvenilir olması gerekir.

Bu yüzden iletişim tedarikçisinin hat kullanılabilirliğini ve kabul edilebilir maksimum gecikme sürelerini garanti edebilmesi şarttır. Bu bakış açısıyla, bu araştırmada ayrı iletişim ağları zorunlu kılınmaktadır: Yani yeterli bant genişliğini ve ağ kalitesini garantileyen ayrı hatları veya özel sözleşmeleri.

Şebekede çok sayıda bileşen olması nedeniyle, geçenlerde piyasaya sürülen IPv6'nın kullanılması da beklenebilir, zira sadece bu sürüm adreslerin doğru bir şekilde sunumunu sağlayabilmektedir. Asya'da eski internet protokollerinin kullanımı yüzünden daha şimdiden adres kıtlıkları baş göstermeye başladı bile ve günlük iletişimlerde de ciddi sorunlar çıkıyor.

Bununla birlikte teori karmaşık bir ağın gerçek davranışları hakkında kesin iddialarda bulunamaz. Bu yüzden araştırmanın yazarları fikirlerini, FINSENY ortakları tarafından RWTH Aachen Üniversitesi'ndeki Karmaşık Enerji Sistemleri Otomasyonu Enstitüsü'nde bulunan pratik bir kurulumda test ediyor. Bu enstitüde, bir elektrik şebekesini temsil edebilen bir simülasyon cihazı da var.

Gerçek bir şebekeymiş gibi tepki verebilmesi için son derece güçlü yazılım ve donanım özelliklerine sahip. Araştırmacılar FINSENY projesi için İrlanda'nın enerji şebekesini seçti, çünkü bu şebeke boyutuna kıyasla rüzgar enerjisinin hacmi çok büyük olduğundan özel bir meydan okuma olarak algılanıyor.~
RWTH Aachen Üniversitesi'nden Prof. Antonello Monti, "Elektrik şebekesi simülatörünü kullanarak ilk defa iletişim ağlarının kalitesinde teknik eşikler geliştirebilmeyi başardık" diyor. Helbich'in ofisindeki bir grafik üzerinde, alınan bu sonuçlar veri akışı "bit" hızları ve kabul edilebilir gecikme milisaniyeleri şeklinde gösteriliyor. Yazarlar üç tane servis sınıfına dikkat çekiyor: "hayati tehlike arzeden", "çok önemli" ve "normal seviyede önemli". İlk kategori, insan ve makina güvenliğiyle ilgili mesajlardan oluşuyor; ikincisi şebeke istikrarının korunmasına odaklanıyor. Üçüncüsü ise normal çalışma durumlarıyla

ilgili mesajları içeriyor. Burada hedef daima aynı: Yükteki çalkantılara karşı şebekenin istikrarlı ve güvenilir olmasını sağlayacak kadar çabuk tepki vermek. Yarım saniyede yeniden ayarlama. Bu simülasyonun kilit bulgularından biri de geleneksel ve değişken enerji formlarının göreceli miktarlarının çıktıyı etkilemesiydi. Eskiden konvansiyonel enerji tesislerinde tonlarca döner kitle şebekede ani çalkantılara neden olurdu.

Günümüzde bu gibi enerji tesislerinin sayısı giderek azalmakta. Monti, "Bugün çok daha fazla sayıda yeniden ayarlamaya gerek duyuluyor. Bunun mevcut arza ve talebe göre yapılması gerekiyor. Burada yarım saniyelik gecikme süreleri söz konusu" diyor. Aksi halde, şebeke frekansındaki dalgalanmalar çok aşırı boyutlarda olur.

AB şu anda FINSENY'nin pilot projelerde aldığı sonuçları test ediyor ve Siemens de ona bu çalışmaların çoğunda eşlik ediyor. Eger, "Eksik olan teknik bilgi değil ama bu öngörüleri büyük bir pazara da uygulayacak siyasi irade" diyor. Bunun bir ön koşulu da sayısız bileşenin sorunsuz bir şekilde birlikte çalışmasını sağlayacak net Avrupa standartlarının belirlenmesi ve FINSENY'de tanımlanan iletişim ağının bir an önce kurulmuş olmasıdır.

Bu sayede bağımsız yazılım modüllerinin, yani "yazılım ajanslarının" arz ile talebi dengeleyebileceği yerel enerji piyasalarının önü açılmış olur. Ayrıca talebe-hassas tedarikçiler de örneğin enerji oburlarının herhangi bir hasar görmeksizin geçici olarak kapatılmalarını sağlayacak şekilde devreden çıkarılabilir yük tedariği yapabilir.~
Uzmanlar, iletişim teknolojilerindeki kısa inovasyon döngüleri dikkate alındığında tüm bunların henüz bir başlangıç olduğuna inanıyor. Eger, "2020, 2030 ve 2050 enerji politikası hedeflerimizi tutturabilmemiz için en mükemmel teknolojileri kullanmamız gerekir. Gelişimin temposu olağanüstü hızlı" diyor.

Hayali Acme Refrigerated Warehouses Ltd., gerektiğinde kendi ekipmanlarını birkaç saatliğine kapatmanın yanı sıra aynı zamanda yeni satın aldığı elektrikli arabalarının ve forkliftlerinin devasa boyutlardaki yeniden şarj edilebilir akülerinden de faydalanabilir. Bu elektrik depolama araçları şebeke frekansının sabit tutulmasına yardımcı olacak birer yerel tampon görevi de görebilir. Bir kazan-kazan durumunda, enerji tedarikçisi tüketiciden gelen bu destek için ödeme yapacaktır.

Bernd Schöne