Denge mi, kesinti mi?

Şayet endüstriyel bir tesisin dahili enerji santrali arızalanırsa elektrik şebekesindeki dengenin tekrar kurulabilmesi için hayati olmayan sistemler kapatılabilir. Siemens'in yeni otomatik yük azaltma sistemi böyle durumlarda olası herhangi bir dengesizliği engellemek için ışık hızında devreye girebiliyor. Çok tiz bir düdük sesi kötü bir şeylerin gerçekleşmek üzere olduğunu haber veriyor. Bir jeneratör yatağı aşırı ısınmış ve bir saniye içinde bir petrol rafinerisinin şebekesinden birkaç megavat'lık enerji uçup gitmiştir. Şebeke voltajı aniden düşmüş ve güvenilir bir enerji kaynağının temelini oluşturan şebeke frekansı olan alternatif akım (AC) frekansı 50 Hertz'in altına düşmüştür. Eğer ısıtıcılar, soğutma üniteleri ve makineler çalışmaya devam ederse bu elektrik şebekesi tamamen çökecek. Ve bu da üretim kayıpları, üretim ekipmanlarının hasar görmesi ve anında milyonlarca Euro ile ifade edilebilecek maliyetler demek.

Yukarıda anlatılan hayali bir olay, ancak eğer kurgusal olmasaydı onun yaratabileceği etki bir hayli gerçek olurdu. Eğer bir enerji santrali ve onun beslediği büyük ölçekli endüstriyel birtesisin şebekesi çökmek üzere ise ortaya çıkabilecek iş kaybı ve ilgili finansal zararlar devasa boyutlarda olabilir. Likit gazın sıkıştırılması veya çeliğin eritilmesi gibi kritik süreçlerin asla yarıda kesilmemesi gerekir. Dolayısıyla bu tür işlemlerin şehir şebekesindeki elektrik kesintilerine karşı korunmaları şarttır. Bu yüzden rafineriler ve demir-çelik fabrikaları gibi enerji yoğun endüstri tesislerinin çoğunun, şehir şebekesindeki potansiyel elektrik kesintilerinin etkilerini telafi etmek için kendilerine ait kısmen otonom çalışan enerji şebekeleri vardır.Böyle bir stratejinin benimsenmiş olmasının bir diğer nedeni de azami yükteyken şehir şebekesinden alınan elektriğin çok pahalıya patlamasıdır.

Bir başka ifadeyle tesis içinde bir enerji santrali kurmak çok daha avantajlıdır. Avusturya, Viyana'daki Siemens Enerji Otomasyonu Çözümleri'nde şebeke otomasyonu uzmanı olan Michael Eckl, "Aksaklıkların bugün ve yarın hele eski sistemlerde çok daha sık olmasını beklemelisiniz" diyor. Eckl, kendi enerji santralleri olan şirketlere tavsiyelerde bulunuyor. Bu gibi tesislerdeki şebekeler genellikle aceleye getirilerek genişletilmiş ve dolayısıyla eski ve yeni ekipmanlar ile güvenlikteknolojilerinin birleştirilmesinden doğan karmakarmaşık bir görüntü arz ediyorlar.~

u gibi santralleri olan şirketler de bu gerçeğin farkında ve enerji-oburu sistemleri hedef gözeterek geçici olarak kapatmak anlamına gelen elektrik yüklerini azaltma stratejilerini uyguluyorlar. Bu gibi sistemlerin içinde hayati önemi olmayan makineler, soğutma ve havalandırma üniteleri, motorlar, fırınlar, pompalar ve aydınlatma sistemleri var. Burada temel fikir, arzdaki kesintileri talepteki azaltmalarla dengelemek. Bu amaçla bir tesisin belirli şartlar altında hangi makinelerin ve ekipmanların kapatılacağını tanımlayan bir öncelik listesi çıkarması gerekiyor. İdeal şartlarda, herhangi bir elektrik kesintisinin ardından bir saniyenin küsuratı kadarlık bir zaman dilimi içinde enerji beslemelerinde kesintiye gidilmesi gerekir ki bu dengesizliklerin şebekeyi toptan çökertme ihtimali minimuma indirgenebilsin.

Eskiden bir jeneratör arızaya geçtiğinde hangi yüklerin atılacağına kontrol merkezi teknisyenleri karar verirdi. Ancak bu sürecin uzunluğu bir facianın önlenmesine izin vermiyordu. Ardından, önceden planlanmış senaryolar kapsamında enerji talebinin olduğu belirli alanlarda elektriği kesen basit otomatik yük azaltma sistemleri geliştirildi. Buradaki sorun ise şebekeden sıklıkla ya çok az ya da çok fazla miktarda enerji çekilmesiydi. Sonuçta, tesisin faaliyetleri yavaşlıyordu veya ekstra ayarlamaları elle yapmak gerekiyordu. Bir sonraki ilerleme ise Siemens'in Simatic'i gibi endüstriyel otomasyon sistemleriyle ilgiliydi. Burada, sistemin kontrol üniteleri hem enerji üretimini hem de talebini ölçüyor ve öntanımlı bir listeye uygun olarak otomatikman yük azaltımına gidiyor. Ayrı bir enerji otomasyonu rolü oynamanın dezavantajı ise bu sistemin kendine ait donanımı, kabloları ve bakım zorunlulukları olması ki bu da ekstra yaşam döngüsü maliyetleri anlamına geliyor.

Gelecekte yaşamak. Tüm bunları akılda tutan Eckl'ın ekibi, enerji üretimi ile kontrol otomasyonunun birbirinden ayrılması zorunluluğunu ortadan kaldıran ve petrol, gazve metal-işleme endüstrileri için geliştirilmiş bir çözüm olan Verimli Şebeke ve Enerji Otomasyonu Sistemi adıyla bilinen yeni bir yük azaltma sistemi geliştirdi. Bu sistem, yük azaltma ve otomasyon için ortak bir IC ağına sahip bir pakette tüm bu özellikleri birleştirerek, hem paradan hem de zamanda tasarruf edilmesini sağlıyor. Bu sistem her bir yük için belirli bir öncelik seviyesi ataması yapıyor. Kontrol ünitesi sadece enerji üretimi ile talebini sürekli kontrol etmekle kalmıyor ama aynı zamanda an be an, örneğin jeneratörün birkaç saniye içinde kapatılması gerekiyorsa hangi yüklerin atılacağını da otomatikman hesaplıyor. Burada öncelikle en düşük önceliğe sahip yüklerin kapatılacağına hiç şüphe yok. Bu sistemin yazılımı da daima birkaç saniye ilerisine göre çalışıyor ve böylece, şebekede olası dalgalanmaları önlemeye yetecek hızda reaksiyon verebiliyor.~
Tüm bunların dışında bu sistem belirli bir anda şebekenin dengesinin korunabilmesi için sadece gerekli miktarda yükü şebekeden atıyor. Eckl, "Ancak tek tek her bir ampulün açılıp kapatılmasıyla uğraşmıyor. Onun yerine, yük başına birkaç yüz kilovat'lıkveya daha fazla enerjiyi kesiyor. Genellikle bunların arasında tesisin sınırlı bir süre boyunca onlarsız da yaşayabileceği destek hizmetleri bulunuyor. Mesela ısıtma ve iklimlendirme sistemleri gibi" diyor. Siemens'in bu sisteminin dünyada bir eşi benzeri yok, çünkü o üç farklı y��ntemi birleştiriyor. Yukarıda tarif edilen enerji-tabanlı hızlı yük azaltmanın yanı sıra bu sistem aynı zamanda geleneksel frekans-tabanlı yük azaltmadan da faydalanıyor. Tamı tamına 50 Hertz olması gereken alternatif akım frekansının aşırı dalgalanmaya başlamasıyla bu işlev devreye giriyor. Bu gibi dalgalanmalar, mesela iki veya daha fazla sayıda jeneratörün çökmesi gibi aynı anda birkaç arızanın birden baş gösterdiği durumlarda gerçekleşiyor. Böylesi bir durumda, koruyucu röleler aracılığıyla öntanımlı rezerv yükler devreden çıkarılıyor. Burada sorun, bu yöntem ile şebekeden ya gereğinden az ya da fazla enerjinin çıkarılmasına izin verilebilmesinde yatıyor. Dolayısıyla, bu yönteme sadece son çare olarak başvuruluyor.

Üçüncü yük azaltma tekniği, bir enerji santralinde ihtiyaç duyulduğu zaman çabucak devreye alınabilen ekstra elektrik çıktısı anlamına gelen çalışan bir rezervle ilgilidir. Bu enerji, zaten çalışmakta olan (adı ordan geliyor) ve şebekeye elektrik veren jeneratörlerden sağlanıyor. Ortaya ekstra yükler çıktığında doğabilecek talep sorunlarını işte bu ekstra çıktı engelliyor. Üretim ve frekans-tabanlı yük azaltmanın etkili olabilmesi için onun ışık hızında devreye girebilmesi gerekiyor. Bu amaç doğrultusunda Siemens geliştiricileri, IEC 61850 iletişim standardının bir parçası olan GOOSE'ye (Genel Nesne Yönelimli İkincil Olaylar) kendilerini adadılar. Bu otomasyon teknolojisi standardı, alarmların cam-elyafı kablolar aracılığıyla aynı anda bütün enerji talebi duyan sistemlere gönderilmesini sağlıyor.

Yükazaltımı gerektiren bir olay tanımlanır tanımlanmaz talep duyan bütün sistemler bilgileniliyor ve alarmlar çalmaya başlamadan hemen önce hesaplanmış yük azaltma planına göre tepki veriyorlar. Bu sinyaller 70 milisaniyede bir alınırlar ki bu süre herhangi bir dengesizliği ortadan kaldırmak için yeterince kısadır. Şehir şebekesinden tamamiyle bağımsız ve kendi elektriklerinin tamamını kendileri üreten izole ve tam anlamıyla otonom şebekelere nadiren rastlanır. Kendi içlerinde enerji santralleri ve izole şebekeleri olan büyük endüstriyel tesislerin neredeyse hepsinin aynı zamanda şehir şebekesiyle de bağlantıları vardır. Bu bağlantı sayesinde tesisler ihtiyaçlarından fazla enerjiyi şebekeye verebilir veya enerji açıkları olduğunda şebekeden enerji alabilirler. Otomatik yük azaltma sistemleri sadece dahili bir enerji şebekesinin dengesini korumak için tasarlanmıştır. Dahili enerji şebekeleri ya şehir şebekesindeki elektrik kesintilerini telafi etmek ya da yüksek talep yüzünden şehir şebekesi elektriğinin fiyatının çok yüksek olduğu zamanlarda enerji üretmek amaçlarıyla kullanılırlar.~
Sanal enerji santralleri. Yük azaltmanın şehir şebekesiyle birlikte ve diğer otomasyon teknikleriyle harmanlanmış haliyle daha geniş bir bağlantı şeklinde düşünülüp düşünülemeyeceği üzerinde kafa yormaya değer bir konudur. Burada bir seçenek, örneğin sanal enerji santrallerinin çalışmasını veya başka bir ifadeyle tek tek dağınık enerji sistemlerinin kombinasyonunun çalışmasını optimumlaştıran Siemens'in merkezi olmayan enerji yönetimi sistemi olan DEMS'i kullanmak olabilir. Eckle ve meslektaşları, mesela dışarıdan alınan, içeride üretilen ve dışarıya verilen elektrikle ilgili maliyetleri iyileştirmek için ekonomik verimliliği artıracak çözümler geliştiriyor. Burada elde edilecek sonuçlar, şirket içi jeneratörlerin çalıştırılma planlarının çıkarılmasında kullanılabilir.

Birisi Abu Dabi'nin turistik bir adası olan Saadiyat'ta, diğeri de Türkiye'de bir rafineride kurulu olan iki endüstriyel santralde, hızlı GOOSE alarmlarından faydalanan otomatik yük azaltma sistemleri kuruldu ve yapılan testlerden her ikisi de büyük bir başarıyla geçti. Bu konsept bir iletişim standardı sayesinde çok uzun bir vadede geliştirilmeye açık ve hem mevcut hem de yeni şebekelerle uyumlu. Eckl, "Endüstriyel müşteriler her geçen gün daha güvenilir bir arza gereksinim duyuyor. Bu yüzden biz gelecekte bizim sistemlerimize olan talebin katlanarak artacağını ümit ediyoruz" diyor.

Bernd Müller