Herkes onu bekliyor

Bundan sadece 5 yıl önce, 2020 yılına gelindiğinde Avrupa’daki yollarda yüz binlerce elektrikli arabanın dolaşıyor olabileceği fikri, son derece fütüristik bir senaryo olarak algılanırdı. Elektrikli sürüş fikrinin bu kadar çabuk ve bu kadar büyük ölçekte hayata geçirilebileceğine hiç kimse kolay kolay inanmazdı. Ancak zaman değişti. Elektrikli arabaların günlük hayatta kullanıma hazır hale getirilmesiyle ilgili çabalar son hızla devam ederken, bu araçların enerji kaynağının yani şehir şebekesinin bazı bileşenleri de baştan aşağı yeniden tanımlanıyor. Özellikle Avrupa’da Danimarka ile Almanya’nın ortasındaki Harz Bölgesi, elektrikli mobilitenin geleceğinde lider rol oynuyor. Hem Danimarka’da hem Harz’da elektriğin büyük bir kısmı, başta rüzgar olmak üzere yenilenebilir kaynaklardan sağlıyor. Harz’da toplam enerji ihtiyacının yüzde 50’si rüzgar, biyogaz ve güneş ışığı tesislerinden geliyor. Danirmarka’da bu oran yüzde 20 düzeyinde.
Güçlü rüzgarlar, türbinleri gerçekten hızlı döndürdüklerinde, aslında her iki bölge de elektrik taleplerinin yüzde 100’ünden fazlasını rüzgardan elde edebiliyor. Şebekenin aşırı yüklenmesinin önlenmesi için Harz’daki rüzgar tesisleri, işleticilerinin hiç hoşuna gitmese de, kapatılmak zorunda kalıyor. Oysa Danimarkalı enerji tedarikçileri, fazla rüzgar enerjisini Avrupalı komşularına aktarmak suretiyle yasal olarak aşırı rüzgarda bile çalışmak zorundalar. Üstelik bu imtiyaz için bir de nakil bedeli ödemek zorunda kalıyorlar. Hem Harz’da hem Danimarka’da rüzgar enerjisiyle üretilen elektriğin payı arttığı için bu sorun daha da kötüleşebilir. Danimarka, 2025 yılı itibarıyla toplam elektrik talebinin yüzde 50’sini rüzgar ile karşılamayı ümit ediyor.
Enerjiyi depolamak. Elektrikli araçlar, sanal birer fazla enerji depolama sistemi olarak çalışarak bu sorunun çözümüne yardımcı olabilir. Özetle binlerce elektrikli araba, rüzgarın şiddetli estiği akşam saatlerinde kendi akülerini fulleyebilir. Aksine durgun havalarda da şebekeye daha yüksek fiyatlardan geri yükleme yapabilirler. Bu müthiş bir fikir ama gerçekten çalışabilir mi? Örneğin, elektrikli arabalar ile şehir şebekesi ne kadar güvenilir iletişim kurabilir? Araçlar nasıl çabucak ve güvenli bir şekilde şarj edilebilir? Faturalandırma nasıl yapılır? Danimarka ve Harz’daki iki büyük ortak proje, Siemens uzmanlarının yardımıyla bu sorulara cevap arıyor.
Projelerden birinin genel merkezi, Roskilde’deki meşhur Viking Ship Museum’dan çok da uzak olmayan Danimarka Teknik Üniversitesi’ndeki (DTU) Risø Araştırma Merkezi’nde bulunuyor. Bu merkez rüzgar türbinlerine, güneş ışığıyla çalışan fotovoltaik sistemlere, bir dönüştürme istasyonuna ve bir gemi konteyneri büyüklüğündeki vanadyumiyon sıvı aküsüne ev sahipliği yapıyor. Buradaki elektrik tüketicileri arasında, merkezin ofis binalarındaki elektrikli ısıtma üniteleri, hibrid arabalar ve ekstra araçları şarj eden birkaç küçük akü bulunuyor. Ayrıca bu araştırma merkezinde çeşitli bileşenler arasındaki etkileşimi test etmekte kullanılan minyatür bir elektrik şebekesi de mevcut.
Risø, bir araç havuzunun elektrik prizlerine bağlanması için dünyanın ilk büyük çabası olan Danimarka’nın EDISON (“Sürdürülebilir Enerji ve Açık Ağlar Kullanan Dağınık ve Entegre Piyasadaki Elektrikli Araçlar”) projesine ev sahipliği yapıyor. Uygulamalı testlere ise 2011 yılında Bornholm adasında başlanacak.
Siemens Enerji Sektörü’nde EDISON projesinden sorumlu olan Sven Holthusen, “En fazla elektrikli araçların nasıl çabucak, güvenli ve etkin şarj edilebileceğine odaklanıyoruz” diyor. Örneğin Holthusen ve meslektaşları, bir aracın nasıl farklı türlerdeki şarj istasyonlarında tekrar şarj edilebileceği veya çok sayıda akünün aynı anda nasıl şarj edilebileceği türde sorular üzerinde kafa yoruyor.
Holthusen, elektrikli araçların ancak uzun mesafeler kat edebildikleri ve birkaç dakika içinde doldurulabildikleri zaman tüketicilere cazip bir hale geleceğini iyi biliyor. Bugün elektrikli araçlar 11 kilovatlık (kW) prizlerde sorunsuz şarj edilebiliyor. 25 kilovatsaat (kWh) depolama kapasiteli tipik bir akünün tam dolum süresi ise iki saatten uzun. Yükleme gücünün artırılmasıyla dolum süresi kısaltılabilir. ~
Zaten bu nedenle Holthusen’in araştırma ekibi, dolum süresini sadece birkaç dakikaya indirebilecek 120 kW teknolojisini geliştirmekle meşgul.
Kontrol üniteleri. Elektrikli araçlara takılacak yükleme kontrol üniteleri ile yükleme istasyonlarında kurulacak diğer parçaları test eden Holthusen, “Şu anda en büyük sorunlarımızdan biri AC ile yükleme yaparken ortaya çıkan sıcaklık” diyor. Arabalara takılan kontrol üniteleri, enerji pompasına entegre olmadığından altyapı maliyetlerinin düşmesi sağlanıyor. Bu gibi kontrol üniteleri ayrıca, her bir aracın yükleme sürecinin aküsünün gereksinimlerine göre yapılıp yapılmadığını da kontrol edebiliyor.
Holthusen ayrıca doğrudan akım (DC) ile de ilgileniyor çünkü bu sayede aküleri bir kontrol ünitesine ihtiyaç duymadan şarj edebiliyor. “Ancak DC, kısa devre olması durumunda elektrik atlaması yapabildiği için çok daha tehlikeli. Yaygın olarak kullanılan AC sigortalar böylesi bir durumda korunma amacıyla kullanılamıyor” diyor.
EDISON projesinde DTU ile Siemens’in yanısıra, merkezi olmayan bileşenleri birbirine bağlayacak yazılım altyap��sını geliştiren IBM, Eurisco geliştirme firması ve enerji tedarikçileri Dong Energy ile Østkraft da yer alıyor. Dong Energy ile Østkraft ağın rüzgar enerjisiyle beslenmesine yönelik pratik çözümlerle ilgileniyor. Østkraft ayrıca Bornhom’daki saha testini de organize ediyor. Dünya genelinde rüzgar enerjisinin gelişmeye devam etmesiyle birlikte Holthusen ve meslektaşları, üzerinde çalıştıkları tüm teknolojilerin pazarda iyi bir başarı şansı yakalayacağına inanıyor. Sadece şehir şebekesini ve şarj altyapısını genişletme kapasitesindeki elektronik bileşenlere olan global talebin, 2020 itibarıyla 10 milyar Euro’ya ulaşacağı tahmin ediliyor.
Alman hükümeti, elektrikli mobilitenin yaygınlaşmasını sekiz farklı bölgede fonluyor. Münih’te, Siemens yerel bir belediye şirketi (SWM) ve BMW ile ortak bir pilot proje yürütüyor. Burada, BMW deneme filosu olan “Mini E” isimli elektrikli araçlarının sayısını en az 40’a çıkarmayı planlıyor.
Siemens gelecek nesil şarj altyapısı için gerekli teknolojileri sunuyor ve SWM de “yeşil enerji” sağlıyor. Siemens ayrıca Berlin’de de elektrikli araçların günlük hayatta şirket arabası olarak kullanıldığı bir başka proje daha başlatmış durumda. Bu proje kapsamında, Daimler tarafından sağlanan ve Siemens’in Berlin’de 20 ayrı yerde bulunan yükleme istasyonlarında “depoları doldurulan” altı adet akıllı elektrikli araç bulunuyor. Siemens’in burada araçlara elektrik yükleyen veya boşaltan, kendine ait orta ve düşük voltajlı bir ağı var.
Hızlı şarj. Harz.EE-Mobility projesinin 25 ortağı var. Bunların arasında birkaç araştırma enstitüsü ile üniversite, kamu altyapı hizmetleri şirketleri, enerji şebekesi operatörleri E.ON Avacon, Deutsche Bahn, Siemens ve mobil radyo şirketi Vodafone bulunuyor. Bu ortaklar hep birlikte Harz bölgesinde elektrikli mobilitenin geleceğini inşa ediyor. Bu proje, tekrar yüklemeyi kolay, akıllıca ve güvenilir yapmanın yollarını araştırıyor. Ortaklar daha şimdiden ilk enerji pompalarını sadece Harz’da değil, aynı zamanda EDISON projesindeki araçların da yeniden şarj edilebileceği Danimarka’nın Kopenhag şehrinde de kurmuş durumda. Zaten EDISON ve Harz.EE-Mobility birbirini tamamlayan ve sonuçları birbirleriyle paylaşan projeler. EDISON ortakları, başlıca güç elektroniği ile hızlı şarj etme teknolojilerine odaklanırken Harz projesi ise şarj sürecine ve araç şebeke iletişimine konsantre oluyor.
Siemens Kurumsal Teknolojiler’de Harz projesinden sorumlu olan Dr. Jörg Heuer, “Kullanıcılar açısından en önemli şey şarj sürecinin hızlı ve kolay olması“ diyor. Bu hedefe ulaşılabilmesi için araç ile enerji pompası arasında otomatik bir iletişim kurulması şart. Avrupa şu anda şarj kablosu kapasitesini 44 kW’a kadar çıkarabilmekle birlikte veri takası kanalı da olan bir konnektörü standartlaştırmayı başarabilmiş durumda. Bu enerji pompasında, aracın şarj edilmeye hazır olup olmadığını anlayan bir iletişim protokolü kullanılıyor. Sonra bu pompa dönüp araca ne kadar enerji yükleyebileceğini söylüyor.~
Heuer, “Eğer bir otoparkın garajında çok sayıda araç aynı anda yeniden yükleme yaparsa, yerel bir aşırı yüklenme durumuyla karşılaşabiliriz. İşte bu nedenle araçların kendi gereksinimlerini iletebilmeleri ve koordine olabilmeleri zorunlu” diyor. Siemens iletişim protokolünün, uluslararası ISO/IEC standartlarına getirilebilmesi amacıyla içlerinde RWE, EDF, Better Place, BMW, Daimler, Renault, Toyota, Honda ve Ford’un da bulunduğu pek çok şirketle birlikte çalışıyor. Böylesi bir protokol sayesinde dünyadaki tüm otomobil üreticilerinin araçlarının ve enerji pompalarının pompa kablosu veya kablosuz bir bağlantı aracılığıyla birbirleri arasında veri takası yapmaları mümkün olacak. Bu protokolde ayrıca suistimalleri ve elektrik hırsızlıklarını engelleyecek çok aşamalı bir araç kimliği doğrulama sistemi de olması gerekiyor.
Çeşitli istasyonlardaki şarj süreci, farklı kablosuz tedarikçileri arasındaki cep telefonu gezinmesine (roaming) benzediği için Harz.EE-Mobility projesinde Vodafone da yer alıyor. Gelecekteki faturalandırma sürecinin benzerlikler göstereceği göz önüne alındığından Vodafone hareket profillerindeki deneyimi ile katkıda bulunacak.
Açıkken bir cep telefonunun nerede olduğunu ve nereye gittiğini tespit etmek kolay. Heuer, “Biz projemizde elektrikli araçların hareket profillerinin ne dereceye kadar otoparklar veya garajlar gibi yerlerdeki potansiyel elektrik talebi hakkında bilgiler verebileceğini araştırmak istiyoruz. Şebekenin, bu yerlerden herhangi birinde ani bir talep artışı olması durumunda, anında cevap verebilecek kapasitede olması gerekiyor” diyor. 2010 yılında 30 kadar modifiye Audi A2 modeli elektrikli araç Harz’da yollara çıkacak ve bu projeye katılan bölgeler ile şehirleri arşınlayacak. Çeşitli senaryoları uygulamak için bu araçları proje ekibinden sürücüler kullanacak. Örneğin, Magdeburg tren istasyonunun otopark garajında aynı anda araçlarını şarj ederek maksimum talepte neler olacağını görecekler. Araba paylaşma filolarını işleten Deutsche Bahn, alınacak sonuçlarla çok yakından ilgileniyor.
Akıllı şebeke. Heuer, “İşin içine bütün rüzgar türbinlerini, biyogaz ve güneş enerjisi tesislerini, küçük enerji tesislerini ve arabaları da kattığınızda, projemizde yaklaşık 2 bin kadar elektrikli ünite birbirine bağlanacak. Dünyada şimdiye kadar bu derece geniş kapsamlı hiç bir proje gerçekleştirilmedi” diyor. Arz ile talebi aynı hizada tutan iletişim çözümlerinin yardımıyla, yenilenebilir kaynaklardan üretilen yerel enerjinin de eklenmesi sayesinde çevre dostu elektriğin payının yüzde 50’nin bile üzerine çıkartılabilmesi mümkün. O zaman bu enerjinin artık ihraç edilmesine de hiç gerek kalmayacak. Heuer, “Bu kadar çok sayıda elektrik üreticisinin ve tüketicisinin katılımıyla merkezi ağlarda ve büyük enerji tesislerinde kullanılan geleneksel tiplerde yoğun kontrol merkezleri kurmak hiç de pratik olmayacak” diyor. Bir başka ifadeyle, akıllı iletişim teknolojileri ve öngörücü algoritmalar olmadığı müddetçe hiç bir şey işe yaramaz. Araştırmacılar özellikle elektrikli arabalar bağlandıklarında ve bağlantıyı kestiklerinde bu şebekenin nasıl davranacağıyla ilgileniyor. Bu konuda proje ekibi ne zaman, nerede ve kaç tane aracın elektriğe ihtiyaç duyacağını öngören olasılık teorisinin prensiplerinden faydalanan matematiksel kurallar geliştiriyor.
Proje konsorsiyumunda, kolay ve kullanıcı dostu bir şarj süreci yaratmak üzere uzmanlar yer alıyor. Heuer, “Sürücülerin en fazla üç veya dört şarj tipinden birini seçmeleri gerekecek” diyor. Aslında “Maksimum Hızda Şarj” ve “Minimum Maliyette Şarj” gibi iki tane seçenek bile yeterli olabilir. Şarj pompası kullanımı ise cep telefonu aracılığıyla otomatik olarak faturalandırılacak. Harz. EE-Mobility’nin hızının 2011’de maksimuma çıkması bekleniyor. Bu, elektrikli arabaların, bugünkü benzinli arabalardaki kadar kolay bir şekilde tekrar şarj edilebileceklerini ispatlamak için yollara çıkacağı ve son testlerin yapılacağı tarih.