Dinamik şebekelere giden yol

Enerji üretimi, bir zamanlar hane halkı ve endüstri tarafından tüketilen elektriği üreten enerji santrallerine sahip olmak kadar basit bir konuydu. Odalar, doğalgaz veya mazotla çalışan ısıtma sistemleriyle ısıtılır ve klimalarla soğutulurdu. Enerji tedarikçileri, talepteki dalgalanmalara tepki vermek için ya doğalgazla çalışan enerji tesislerini devreye alır ya da pompajlı hidrolik santrallerine başvururdu. Sonuçta elektrik üretiminde istenmeyen iniş çıkışlar yaşanmazdı. Günümüzde çok sayıda ülke, artık yenilenebilir enerji kaynaklarına odaklanmaya başladığından enerji üretimi çok daha karmaşıklaştı. Mesela Almanya’da, 20 yıl önce sadece birkaç 100 tane büyük ve orta boy enerji tesisi varken bugün çatılara monte edilmiş güneş panelleriyle rüzgar türbinleri ve biyokütle tesisleri de hesaba katıldığında neredeyse 2 milyon enerji üreticisi var. Evler, binalar ve endüstriyel tesisler büyük bir hızla enerji üreticisi tüketicisi olanlar anlamına gelen “üretüketiciler”e dönüşüyor. Bu gelişmelerin bir neticesi olarak sayıları giderek artan dalgalı kaynaktan gelen elektriğin güvenli bir şekilde nakli ve dağıtımı için akıllı şebekeler de giderek vazgeçilmez hale geliyor. Akıllı şebekeler, işin içine üretüketicileri (örneğin binalar ve gelecekte elektrikli arabalar gibi) de dahil ederek ve mümkün olduğunca arz ile talebi dengeleyerek enerji verimliliğinin artırılmasına katkıda bulunuyor. Güvenilir ağlar Akıllı şebekeler, özellikle kentsel alanlarda enerjinin sürdürülebilir yönetimi açısından çok önemli. Elektrik piyasasının bütün bileşenlerinin birbirleriyle iletişim halinde olmasını zorunlu kılar ve büyük olduğu kadar küçük de olabilen dağınık enerji üretimi birimleriyle tüketicileri genel bir yapılanma içine oturtur. Akıllı şebekeler, gerektiği kadar enerji üretilmesini sağlayarak aşırı ağ yüklenmelerini önler. Aşırılıkların önlenmesi ve enerji arzının dengelenmesi için talep yönetimi süreçlerinden de faydalanılabilir. Örneğin soğutma sistemleri kısa aralıklarla kapatılabilir, asansörler daha yavaş hareket ettirilebilir ve endüstriyel enerji talebi enerji arzının en yüksek seviyelerde olduğu zamana göre ayarlanabilir.
~
Siemens elektrik arzı ile talebi arasındaki dengeyi optimumlaştırmak için şimdiden dünyanın dört bir yanında akıllı şebekelerden faydalanıyor. Bu durum Almanya için de geçerli. Bunun bir örneği, tükettiği enerjinin tam 6 katını yenilenebilir kaynaklardan üreten Wildpoldsried köyü. Burada güneş, rüzgar ve biyogaz tesislerinden gelen dalgalı enerji arzlarının şebekenin istikrarını tehdit etmesini, akıllı bir şebeke engelliyor. Siemens’in yazılım ajansları da bu köyün akıllı şebekesi içinde yer alan enerji üreticileri ve tüketicileri arasındaki etkileşimi düzenliyor. Enerji depolamaya giden yol Yenilenebilir kaynaklardan elektrik üretimi hava koşullarına bağlı olarak dalgalanıyor. Bu nedenle akıllı şebekelerden gelen ihtiyaç fazlası elektriğin saatler, günler ve hatta haftalar boyunca depolanması için enerji depolama cihazlarına duyulan gereksinim her geçen gün artıyor. Pompajlı hidrolik santraller, verimliliği bir hayli yüksek olan ve kendini ispatlamış bir depolama teknolojisi. İhtiyaç fazlası elektriği, suyu daha yüksek bir havzaya pompalamak için kullanır. Enerjiye ihtiyaç duyulduğunda ise yukarıda biriktirilen bu su, elektrik üreten türbinleri döndürmek için aşağıya doğru salınır. Ancak maalesef özellikle kentsel alanlarda pompajlı hidrolik santralleri için uygun yer bulmak pek mümkün olmuyor. İşte bu yüzden Siemens, çeşitli alternatifler geliştirmeye çalışıyor. Örneğin ihtiyaç fazlası enerji, elektroliz tesislerinde çevre dostu hidrojen üretiminde kullanılabilir. Bu hidrojen sonra mesela yakıt piliyle çalışan araçlara enerji verilmesinde kullanılabilir. Bir sonraki adım ise hidrojen ve karbondiyoksitten metan üretmek için bir katalizör kullanmak olabilir. Bu sentetik doğalgaz sonra doğalgaz şebekesini beslemek için yeraltındaki boşluklarda depolanmak veya gaz türbinleri aracılığıyla tekrar elektriğe dönüştürülmek amaçlarıyla kullanılabilir. Üstelik elektrik aynı zamanda binaların veya elektrikli arabaların akülerinde de geçici olarak saklanabilir. Siemens işte bu alanların tümünde kapsamlı araştırmalar yürütüyor. El altında zaten hazır bulunan bir depolama çözümü de Siestorage adlı modüler enerji depolama sistemi. Burada yenilenebilir enerji kaynaklarının çıktısındaki saniyeler veya dakikalarla ölçülebilecek derecede kısa süreli dalgalanmalar tampon bir bölgede saklanır. Siestorage’ın temelinde lityumiyon yeniden şarj edilebilir aküler var ve bu sistemin en büyük modeli normal bir gemi konteynerine sığabilir. Burada ortalama 100 evin günlük enerji tüketimine denk gelecek şekilde 1.000 kilovat/saatlik elektrik depolanabilir.
~
İtalyan enerji şirketi Enel, geçtiğimiz günlerde bir megavat kapasiteli ilk Siestorage kurulumunun şalterini açtı. Enel, ondan kendi orta voltaj şebekesindeki voltajın nasıl dengelenebileceğini araştırmakta faydalanıyor. Enerji kaynaklarını harmanlamak Yenilenebilir enerjiyle ilgili temel meydan okumalardan biri de onun genellikle asıl ihtiyaç duyulduğu yerden çok uzaklarda üretilmesi. Sonuçta Kuzey Denizi gibi yerlerdeki bu beyaz devler, rüzgarın bol ama talebin kıt olduğu dönemlerde şalter indirmek zorunda kalıyor. Bu yüzden yenilenebilir enerji kaynaklarının potansiyelinden tam anlamıyla faydalanılamıyor. Bunun olmamasını sağlamak için elektriğin ya depolanması ya da enerji talebinin olduğu yerlere uzun mesafe nakil hatları (HVDC/enerji nakil sistemi) aracılığıyla nakledilmesi gerekiyor. Gelecekte çok kipli enerji sistemleri de kullanılabilir. Bu sistemler, çeşitli enerji türlerini tek bir ünite içinde birleştirir. Burada elektrik şebekeye verilmek yerine sıcak veya soğuk gibi termal enerjiye ya da hidrojen veya metan gibi kimyasal enerjiye dönüştürülebilir. Bu enerji türleri aynı zamanda hem taşınabilir hem depolanabilir hem de kullanılabilir. Bu amaçla mevcut doğalgaz şebekeleri ve depolama cihazlarından faydalanan enerji şirketleri enerji sistemlerinin maliyetlerini düşürebilir ve onların esnekliklerini artırabilir. Ancak elektrik, örneğin merkezi ısıtma sistemlerinde devridaim ettirilecek suyun ısıtılması gibi alanlarda da kullanılabilir. Aşırı sıcak bölgelerde ise tam tersini yapmak yani soğutulmuş su veya buz aracılığıyla merkezi bir soğutma sistemi kurmak çok mantıklı olabilir. Bu gibi bir sistem sayesinde talebin tavan yaptığı dönemlerde enerji şebekesinin çökmesine neden olabilen klima kullanımı azaltılabilir. Böylesi merkezi ısıtma ve soğutma sistemleri aslında enerji depolama cihazları yaratmaktan çok daha ucuza mal olur.