1. Giriş
Elektrik enerjisi, modern toplumların temel ihtiyaçlarından biridir ve doğru bir şekilde dağıtımı, günlük hayatın kesintisiz devam etmesi için hayati önem taşımaktadır. Elektrik enerjisinin iletimi ve dağıtımı, yalnızca arz güvenliği ve verimlilik açısından değil, aynı zamanda güç kalitesi açısından da büyük bir öneme sahiptir. Güç kalitesi; enerji akışının düzgünlüğünü, frekansını, gerilim seviyelerini ve diğer elektriksel parametreleri ifade etmektedir. Bu kalitenin sağlanamaması, elektrikli cihazların verimliliğini ve ömrünü olumsuz yönde etkilemekte, hatta ciddi arızalara neden olabilmektedir.
Gerilim dalgalanmaları, harmonikler, kısa süreli kesintiler, faz kaymaları gibi güç kalitesi bozulmaları; özellikle hassas üretim sistemleri ve dijital cihazlar açısından ciddi sorunlara yol açabilmektedir. Bu nedenle, güç kalitesinin yüksek seviyede tutulması; sadece enerji arz güvenliği açısından değil, aynı zamanda ekonomik verimlilik ve kullanıcı memnuniyeti açısından da büyük önem taşımaktadır.
Bu makalede; iletim
ve dağıtım şebekelerinde güç kalitesinin iyileştirilmesi için kullanılan
yöntemler detaylı bir şekilde ele alınacaktır. Ayrıca, bu yöntemlerin nasıl
uygulandığı, hangi teknolojilerle desteklendiği ve söz konusu iyileştirmelerin
hem teknik hem de ekonomik açıdan sağladığı faydalar incelenecektir. En son
meydana gelen İber Yarımadası elektrik kesintisi bu bağlamda ele alınarak, bu
tür kesintilerin önüne geçebilmek için yapılması gerekenler aktarılacaktır.
Çalışmanın amacı; mevcut
şebekelerin güç kalitesini artırmaya yönelik teknik ve teknolojik çözüm
önerileri sunarak, hem sistem işletmecileri hem de politika yapıcılar için yol
gösterici bir kaynak oluşturmaktır. Bu kapsamda, güç kalitesine ilişkin temel
kavramlar, ölçüm yöntemleri, neden-sonuç ilişkileri ve çözüm stratejileri
bütüncül bir bakış açısıyla ele alınacaktır.
2. Güç Kalitesini Etkileyen Faktörler
Elektrik iletim ve dağıtım şebekelerinde güç kalitesi problemlerinin artmasının temel nedenleri arasında; artan enerji talebi, şebekeye entegre edilen yenilenebilir enerji kaynaklarının arızalı veya dengesiz karakteristiği, eskiyen altyapı sistemleri ve elektronik cihazların yaygın kullanımı sayılmaktadır. Ayrıca, şehirleşme, sanayileşme ve otomasyon sistemlerinin gelişmesiyle birlikte şebekelerin dinamik yük profilleri daha karmaşık hale gelmiş; bu da güç kalitesi yönetimini daha zorlu ve kritik bir hale getirmiştir.
Şebekelerde güç
kalitesinin bozulması; genellikle gerilim dalgalanmaları, harmonik bozulma (titreşim veya aşırı ısınma
gibi faktörlerin sisteme zarar vermesi), frekans kaymaları, dengesizlikler ve ani gerilim düşüşlerinden
kaynaklanmaktadır. Bu tür sorunlar, hem tüketiciler hem de üreticiler için
ekonomik kayıplara ve üretim kesintilerine yol açabilmektedir. Bu bağlamda,
şebekelerde güç kalitesini iyileştirmek, şebeke yöneticilerinin ve enerji
tedarikçilerin öncelikli hedeflerinden biri olmalıdır.
Endüstriyel yüklerin çoğu doğrusal olmayan özelliklere sahip olup, bu tür yükler elektrik şebekelerinde akım veya gerilim bozulmalarına neden olmaktadır. Bunlara özellikle dönüştürücüler, düzensiz yükler ve elektrikli cihazlar sebep olmaktadır. Ayrıca, güç sistemlerinde jeneratörlerin senkronizasyon eksiklikleri ve yük değişimlerinden kaynaklanan dalgalanmalar nedeniyle frekans dalgalanmasına sebebiyet verilmektedir.
3. Güç Kalitesi İyileştirme Yöntemleri
Güç kalitesinin iyileştirilmesi için çeşitli teknikler ve teknolojiler geliştirilmiştir. Bu yöntemler, şebeke tasarımından kullanılan cihazlara kadar farklı alanlarda uygulanmaktadır. İletim ve dağıtım sisteminde güç kalitesini iyileştirmek için kullanılan bazı yöntemler şunlardır:
3.1. Gerilim Düşüşlerini ve Dalgalanmalarını Düzeltme
Gerilim dalgalanmaları ve düşüşleri, enerji kalitesini bozan önemli faktörlerdir. Şebeke gerilimindeki ani değişiklikleri dengelemek için gerilim regülatörleri kullanılmaktadır. Bu regülatörler, şebekeye bağlı cihazların doğru bir gerilimle çalışmasını sağlamaktadır. Voltaj stabilizatörleri gerilimdeki dalgalanmalara karşı devreye girerek çıkış gerilimini sabit tutmaktadır. Bu tür cihazlar, özellikle hassas elektronik cihazlar için kritik öneme sahiptir.
Gerilim dalgalanmaları ve geçici gerilim düşüşleri sırasında, yedek güç kaynakları şebeke bağlantısını korumakta ve cihazların düzgün çalışmasını sağlamaktadır.
3.2. Akım
ve Gerilim Bozulmalarının Giderilmesi
Akım ve gerilim (harmonik) bozulmaları, özellikle endüstriyel tesislerde yaygın olarak görülen bir güç kalitesi problemidir. Doğrusal olmayan yüklerin sebep olduğu akım ve gerilim şekil bozulmalarını gidermek ve harmonik bozulmaları azaltmak için güç kaynaklarında özel süzme devreleri kullanılmaktadır. Harmonik süzme teknikleri dediğimiz bu yöntemler, elektrikli cihazların ve makinelerin performansını arttırmak için oldukça etkilidir.
Pasif harmonik filtreler; belirli frekanslardaki harmonikleri dışarıda bırakacak şekilde tasarlanmış ekipmanlardır. Bu filtreler, genellikle düşük maliyetli olup, harmoniklerin etkin bir şekilde azaltılmasında kullanılmaktadır. Aktif harmonik filtreler; şebekedeki harmonikleri sürekli izlemekte ve uygun bir sinyal ile bozucu harmonikleri yok etmektedir. Bu filtreler, pasif filtrelere göre daha verimli ve dinamik bir çözüm sunmaktadır.
3.3. Dengesizliklerin Azaltılması
Dengesizlik, üç fazlı sistemlerde gerilim farklarının ortaya çıkması sonucu meydana gelmektedir. Dengesiz yüklerin oluşturduğu gerilim dalgalanmalarını dengelemek için kullanılan kondansatörler, şebeke gerilimini stabilize etmektedir. Üç fazlı dönüştürücüler, fazlar arasındaki dengesizliği azaltmak için kullanılmaktadır. Bu cihazlar, gerilimdeki dalgalanmaları minimize ederek şebeke dengesizliğini gidermektedir. Yük dengeleme sistemleri sayesinde yüklerin üç faz arasında düzgün bir şekilde dağıtılması sağlanarak dengesizlikler en aza indirilmektedir. Bu yöntem, şebekenin verimli çalışmasını sağlamaktadır.
3.4. Frekans
Dalgalanmalarını Düzeltme
Frekans dalgalanmaları, jeneratörlerin senkronizasyon eksikliklerinden veya aşırı yüklemelerden kaynaklanmaktadır. Bu tür sorunları çözmek ve şebekedeki frekans dalgalanmalarını dengelemek için özellikle frekans regülatörleri kullanılmaktadır. Bu regülatörler, jeneratörlerin doğru frekansta çalışmasını sağlamaktadır. Jeneratörlerin senkronizasyonu, şebekedeki frekansın stabil kalmasını sağlamaktadır. Bu sistemler, jeneratörlerin aşırı yüklenmesini engelleyerek şebekedeki frekans dalgalanmalarını minimize etmektedir.
3.5. Geçici Gerilim Düşüşlerini Önleme
Geçici gerilim düşüşleri, şebekedeki kısa süreli gerilim kayıplarını ifade etmektedir. Bu düşüşler, genellikle yük değişimlerinden veya arızalardan kaynaklanmaktadır. Geçici gerilim düşüşlerini önlemek için Dinamik Gerilim Düzenleyiciler (DVR) kullanılmaktadır. DVR ile şebekedeki geçici gerilim düşüşleri algılanmakta ve kısa süreli bir gerilim artışı sağlanarak cihazların düzgün çalışması sürdürülmektedir.
Aynı zamanda enerji depolama sistemleri şebekedeki ani gerilim kayıplarını telafi etmektedir. Bu sistemler, geçici gerilim düşüşleri sırasında devreye girerek şebeke uygunluğunu sağlamaktadır.
3.6. Akıllı Şebeke Teknolojileri
Akıllı şebekeler, güç kalitesini izleyerek en uygun şekilde çalışmasını ve güç kalitesinin iyileştirilmesini sağlamak için kullanılan teknolojilerdir. Gerçek zamanlı izleme sistemleri, güç kalitesindeki sorunları anında algılamakta ve şebeke yöneticilerine çözüm için önerilerde bulunmaktadır. Bu sistemler, güç kalitesini iyileştirerek, şebeke verimliliğini artırmaktadır.
Akıllı sayaçlar, gerçek zamanlı olarak enerji tüketimini izlemekte ve şebeke yöneticilerine anlık veri sağlamaktadır. Bu sayede güç kalitesi sorunları hızlıca tespit edilip çözülmektedir. Ayrıca, gerilim, akım, harmonikler ve dengesizlikler sürekli izlenerek, sorunların tespiti kolaylaşmakta ve önleyici bakım yapılabilmektedir.
Yapay zekâ algoritmaları, şebekedeki güç kalitesindeki bozulmaları tahmin etmekte ve otomatik olarak çözüm önerileri sunmaktadır. Makine öğrenimi teknikleriyle şebeke performansı sürekli iyileştirilmektedir.
3.7. Dengeleme Transformatörleri (Balancing
Transformers)
Dengesiz yükleri dengelemek için özel olarak tasarlanmış transformatörlerdir. Yüklerin daha düzgün bir şekilde fazlara dağılmasını sağlamaktadır.
3.8. Statik Var Kompanzasyonu (SVC) ve STATCOM
Reaktif güç dengesizliklerini anlık olarak düzeltmektedir. Gerilim profillerini düzelterek, fazlar arasındaki farklılıkları azaltmaktadır. STATCOM, özellikle hızlı tepki süresi sayesinde anlık dengesizliklere karşı daha etkilidir.
3.9. Otomatik Yük Aktarma Sistemleri
Fazlar arası dengesizlikleri algılayarak yükleri otomatik olarak diğer fazlara aktarmaktadır. Özellikle kritik altyapılar için kullanılmaktadır.
3.10. Gelişmiş Koruma Röleleri ve Ölçüm Sistemleri
Koruma sistemlerinin uygun şekilde
yapılandırılması, daha güvenli ve kaliteli enerji sağlamaktadır. Dengesizlik
anında erken uyarı vererek, ekipmanları koruma altına almaktadır.
4.
İber Yarımadası
Elektrik Kesintisi Örneği
28 Nisan 2025 tarihinde, İber Yarımadası (İspanya ve Portekiz’i kapsayan bölge) genelinde büyük bir elektrik kesintisi meydana gelmiştir. Portekiz ve İspanya’nın büyük kısmında yaklaşık on saat boyunca elektrik kesintileri yaşanmıştır. Andorra ve Fransa’nın bazı kısımlarında da küçük çaplı kesintiler yaşandığı görülmüştür. Kesinti, telekomünikasyon, ulaşım sistemleri ve hastaneler ile acil servisler gibi hayati sektörlerde ciddi zorluklara yol açmıştır. Anadolu Ajansı kaynaklarına göre; İspanya’da en az yedi kişi, mum yangınları veya jeneratör dumanı gibi kesintiye bağlı durumlar nedeniyle hayatını kaybetmiştir.
Şekil 1. 28 Nisan 2025 tarihinde olaydan etkilenen coğrafi alan (Kaynak: ENTSO-E)
ENTSO-E (European Network of Transmission System-Electricity - Avrupa İletim Sistemi) yetkililerine göre; İspanya’nın iç kesimlerinde gözlenen ani ve aşırı sıcaklık değişimlerinin, elektrik iletim hatlarında anormal enerji dalgalanmalarına yol açtığı, söz konusu bu dengesizliklerin de şebekede zincirleme bir reaksiyona neden olduğu, bu nedenle İber Yarımadası genelinde büyük bir elektrik kesintisinin meydana geldiği söylenmiştir.
İber Yarımadası enerji
altyapısı, coğrafik özellikleri ve bölgedeki ülkelerin enerji politikaları; söz
konusu elektrik kesintileri ile yakından ilişkilidir. Bunların yanı sıra İber
Yarımadası’ndaki ülkeler güneş ve rüzgâr enerjisi gibi yenilenebilir enerji
kaynaklarına yoğun yatırım yapmış durumdadır. Ancak bu kaynaklar sürekli bir
enerji kaynağı olmadığından, bir bakıma doğaya bağlı olduğundan (örneğin
güneşin aniden kaybolması, rüzgârın durması), enerji üretiminde
istikrarsızlıklar oluşturmaktadır. İber Yarımadası;
enerji üretiminde büyük bir yenilenebilir potansiyele sahip olsa da, bu
potansiyelin istikrarlı ve güvenli bir şekilde şebekeye entegre edilmesi için
akıllı şebeke sistemleri ve uluslararası bağlantı yatırımlarına ihtiyaç
duymaktadır.
5. Geniş Çaplı Elektrik Kesintileri (Black-out) ve Bu Kesintilerin
Yaşanmaması İçin Çözüm Önerileri
Ülkemizde 1 Temmuz 2006 tarihinde 1.210 MW kurulu gücündeki Bursa Doğal Gaz Santrali arızalanıp devre dışı kalınca, ülkenin batısında 13 il 8 saat boyunca karanlıkta kalmıştır. O anda büyük kapasiteli bir hidroelektrik santralinin devreye alınması veya yine büyük ölçekli depolama sistemlerinin mevcut olması; böyle bir olayın önlenmesi için yeterli olacağı düşünülmüştür. Aynı şekilde 13 Şubat 2012 günü, Gün Öncesi Piyasasında tüketimin en yüksek seviyelere çıkması ile talebin karşılanmasında sıkıntıların yaşanması, pik yaparcasına saatlik fiyatların 2.000 TL'ye yükselmesine yol açmıştır. En son 31 Mart 2015 tarihinde ise tüm yurtta meydana gelen elektrik kesintisinin (black-out) yansımaları ülkemiz kadar bazı komşu ülkelerde de hissedilmiştir. Bu gibi durumlarda, ülkedeki enerji depolama sistemlerinin yeterince gelişmiş olması, fiyatların hem aşırı yükselmesini hem de geniş çaplı elektrik kesintilerinin yaşanmasını önleyebilecektir.
Herhangi bir bölgede meydana gelen geniş çaplı elektrik kesintileri ve bu kesintilerin önüne geçilmesi için yukarıda açıklanan teknik bilgiler çerçevesinde bir takım önlemler alınabilmektedir. Güç kalitesini ve yük dağılımını etkileyen söz konusu teknik parametrelerin yanı sıra aşağıda ayrıntıları aktarılan sistemsel ve iklimsel sorunlar da elektrik iletim ve dağıtım sistemlerini etkilemektedir.
Eskiyen veya yeterince yenilenmeyen şebeke altyapıları çoğunlukla arızalara neden olmaktadır. Trafo merkezleri, iletim hatları gibi kritik altyapılar dediğimiz ekipmanların yetersizliği sorun oluşturmaktadır. Elektrik iletim ve dağıtım hatlarının yenilenmesi yani önemli altyapı yatırımları yapılması gerekmektedir. Yer altı kablolama, akıllı sayaçlar ve trafo merkezleri modernleştirilmelidir. Kontrol sistemlerinde yaşanan yazılım veya donanım hataları da kesintilere neden olabilmektedir. Enerji altyapısının siber saldırılara karşı korunması için de yazılım ve donanım güvenliği yatırımları yapılmalıdır.
Fırtına, orman yangını, sel gibi doğal afetler ve hava koşulları, şebekelere zarar vermektedir. Özellikle yaz aylarında meydana gelen orman yangınları enerji iletim hatlarını tehdit etmektedir.
Yazın klima kullanımı ya da kışın ısıtma ihtiyacı nedeniyle ani talep artışları yaşanabilmektedir. Aşırı talep - yüksek tüketim durumlarında, şebekeler bu yükü kaldıramadığında kesintiler olmaktadır. Yoğun tüketim saatlerinde kullanıcıları enerji tasarrufuna yönlendiren teşvikler ve büyük sanayi tesislerinin enerji kullanımını, belirli saatlere yayabilmek için iyi bir talep yönetimi uygulanmalıdır.
Düzensiz enerji üretimi dediğimiz yenilenebilir enerji üretimi için lityum-iyon bataryalar, hidroelektrik pompaj sistemleri gibi çözümlerle üretim esnasındaki dalgalanmalar dengelenmelidir. Güneşli/rüzgârlı günlerde fazla enerji depolanarak, talebin yüksek olduğu saatlerde kullanılmalıdır.
Günümüzde elektrik enerjisi şebekesi iletim sistemleri; arz güvenliği, sistem stablitesi, enerji kaynaklarının daha verimli kullanılması, iletim/dağıtım problemlerinin ve maliyetlerinin minimize edilmesi gibi nedenlerle enerji depolamasına daha fazla gereksinim duymaktadır. Enerjinin depolanmasının; yenilenebilir enerji kaynakları için gerekli olacak olan bağlantı ve iletim hattı ihtiyaçlarının 2/3 oranında azaltılması, sıcak ve ılık yedek maliyetin düşürülmesi gibi avantajları da bulunmaktadır. Elektrik fatura fiyatlarını ve puant elektrik fiyatlarını azaltmak, enerji kalitesinin iyi olmaması ve güvenilir olmayan hizmetlerden dolayı oluşan kayıpları azaltması açısından da son derece önemlidir.
Elektrik piyasasında; gün içindeki talebe bağlı olarak değişim gösteren enerji ihtiyacının bir kısmını oluşturan baz yük için gerekli güç, emre amadelik durumları elverdiği sürece ideal işletme koşulları sabit bir yük faktörü ile çalışan termik santrallerden karşılanabilmektedir. Enerji talebinin bir diğer bileşeni olan puant yükün karşılanması için ise sıcak yedek olarak tutulmadıkları dönemler dışında devreye girmeleri uzun zaman aldığı için termik santrallerin kullanımı mümkün olamamakta ve bunun yerine kolayca işletilip durdurulabilen rezervuarlı hidrolik santraller kullanılmaktadır.
Ülkemizde olduğu gibi bir çok ülkede kesintili enerji kaynaklarının yanı sıra özellikle baz yük santralleri dediğimiz büyük kapasiteli termik veya hidrolik santraller kullanılmaktadır. 3-5 dakikada sisteme senkronize olabilen ve sistemden çıkabilen hidrolik santrallerin önemi bu durumlarda çok daha iyi anlaşılmaktadır.
Avrupa ülkelerinin enterkonnekte sistemleri birbirine bağlı durumdadır. Dolayısıyla, İber Yarımadası’nda ki enerji sistemini Fransa gibi bir komşu ülke veya Kuzey Afrika ülkeleri de etkileyebilmektedir. Aynı şeklide ülkemizin komşuları Yunanistan veya Bulgaristan’da da aynı tarz bir kesintinin oluşması, Türkiye enterkonnekte sitemini etkileyebilecektir.
Kaynaklar
1. https://www.entsoe.eu/publications/blackout/9-may-2025-iberian-blackout/
Hazırlayanlar: Harun ŞAHİN, Mücahit SA
NOT : Bu yazı 2025 yılı Haziran ayında Tenva web sitesi için hazırlanmıştır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder