Elektrik Piyasası Şebeke Yönetmeliği Ek-18 Rüzgâr Enerjisine Dayalı Üretim Tesislerinin Şebeke Bağlantı Kriterleri,iletim sistemine bağlı rüzgar parkları ile kurulu gücü 10 MW ve üzerinde olan dağıtım sistemine bağlı rüzgar parklarına uygulanır. Ek-18’de RES’lerin sistem kararlılığını sağlayacak gereksinimler yer almaktadır. Bu bağlamda aktif ve reaktif güç kontrolü de istenmektedir. Rüzgâr parkını işleten firmalar bir süre sonra kapasite artışı yaparlar. Bu genişletmelerde ticari açıdan daha uygun olduğu için çoğunlukla var olan türbin markalarının yanına yeni türbin markaları kurulması ile Hibrid (Karma) Parklar oluşur. Bu durum da şebeke bağlantı noktasında Türbin markalarından bağımsız bir aktif ve reaktif güç kontrol ihtiyacını doğurur.
1. Giriş: Hibrid (Karma) Rüzgâr Parkı
Bir Rüzgâr Parkında kapasite artımı ya var olan küçük güçteki türbinlerin yerine daha büyüklerinin kurulması veya müsait ise parkın genişletilip yeni türbinlerin eklenmesi şeklinde yapılmaktadır. Bu yatırımdaki en büyük maliyet unsuru kurulacak türbinlerin fiyatı olduğu için Almanya’da zamanla içinde 3-4 değişik türbin markasının olduğu hibrid rüzgar parkları oluşmuştur (Örneğin Juwi Wind GmbH , UW Lettweiler, Total 92,8 MW: 24x GE 2.5, 5x VESTAS V112, 1x ENERCON E82, 6x NORDEX N117). Türkiye’de de son zamanlarda bu şekilde yatırım genişletmesi çalışmaları öne çıkmaktadır.
2. Kapasite artırılması ve hibrid (karma) rüzgar parkları
Elektrik enerjisi henüz büyük miktarlarda ve makul fiyatlara depolanamadığından şebekenin kararlı çalışması için Aktif Güç üretimi tüketimle uyumlu olmalıdır ve ayrıca Reaktif Güç tüm şebekede dengeli olmalıdır. Bu amaçla enerji sistemine bağlanması planlanan Rüzgâr Parklarının Elektrik Piyasası Şebeke Yönetmeliği Ek-18’de yer alan şebeke bağlantı kriterlerine uyması zorunlu hale getirilmiştir. Ek-18’de türbinlerin değil, rüzgâr santralinin bağlantı noktasında belirlenen kriterleri sağlaması gerektiği belirtilmiştir. Dolayısıyla rüzgâr santralini oluşturan bağlantı transformatörü, OG kablolar, türbin trafoları ve türbinlerin tümü birlikte değerlendirilmelidir.
Türkiye’de RES alanında yatırımlar giderek artmaktadır ve firmalar parklarını Ek-18 şebeke bağlantı kriterlerine göre işleteceklerini taahhüt etmektedirler. Geçmişte rüzgâr parklarının sayısı ve tesirlerinin az olmasından dolayı ve konvansiyonel santrallerin bu salınımları dengeleyebilmesi nedeniyle şebekeye bağlantı noktasında kontrol ihtiyacı pek sorun olmuyordu. Günümüzde birçok merkezi olmayan (dağıtık) yenilenebilir enerji üretimi ve farklı gerilim seviyelerinde enerji üretimi nedeniyle artık Aktif ve Reaktif Güç Kontrolü ihtiyacı vardır.
Ayrıca enerji üretim firmaları şebekedeki enerji salınımlarında hızlı reaksiyon vermek zorundadırlar. Kapasite artışı yapıldığında hibrid (karma) rüzgâr parkları kurulması yatırım maliyetlerinin çok daha uygun olmasını sağlar. Buradaki büyük finansal avantajın yanında aynı parkta farklı türbin markalarının bulunması şebeke bağlantı noktasında çözülmesi gereken bir soruna yol açar. Bu durumda her türbin firması kendi türbinlerini yönetir ama diğer marka türbinleri yönetemeyeceği için şebeke bağlantı noktasında parktaki tüm türbinlerin aktif ve reaktif güçlerini yönetecek türbin üreticisinden bağımsız bir çözüm gereklidir.
3. BTC | GRID Agent: Hibrid RES’lerde akıllı enerji yönetimi
Almanya’da bu tür yatırımlar Türkiye’den daha önce yapıldığı için BTC AG şebeke bağlantı noktasındaki aktif ve reaktif güç kontrolü problemine BTC | GRID Agent ürünü ile çözüm getirmektedir. BTC | GRID Agent yaklaşık 30 tane onshore (karada) ve offshore (denizde) hibrid rüzgâr parkında başarı ile kullanılmaktadır. Grid Agent ürünü ile değişik firmalardan veya farklı türbin modellerinden oluşan karma rüzgâr parkları için akıllı ve üreticiden bağımsız bir çözüm getirilmiştir. Aşağıdaki şekilde örnek olarak ilk yatırım ve kapasite artırımlarında daha uygun maliyet nedeni ile Enercon, Siemens. GE gibi farlı firmaların türbinlerinin kullanıldığı bir parkta bu çözümün nasıl gerçekleştirildiği görülmekledir.
BTC | GRID Agent başlıca şu işlerde kullanılabilir:
• Şebeke işleten işletmecilerin (TEİAŞ veya EDAŞ) ayar sinyaline göre aktif gücün azaltılması
• Şebeke operatörleri veya karakteristik eğri tanımlanması ile (Q, Cos-φ, cos- φ (p), Q (U) …) bir ayar noktası belirlenip şebeke bağlantı noktasında reaktif güç kontrolü
• Şebeke bağlantı noktasında Şebeke Yönetmeliği ile uyum
• Doğrudan satış için aktif güç kontrol özelliklerine uygulanması
BTC Grid Agent rüzgar parkında aktif güç ve reaktif gücü parktaki türbinlere direkt erişerek, bir park kontrol sistemi üzerinden veya türbinlerin SCADA’ları üzerinden kontrol edilebilir. Türbinlere erişim analog sinyaller üzerinden (örneğin 4-20mA) veya standart iletişim protokolleri ile yapılabilir (örn. OPC, Modbus ve IEC 60870-5-104). Ayrıca var olan SCADA sistemleri ile birlikte kullanılması da mümkündür.
4. Şebekeye Bağlantı Noktasında Aktif ve Reaktif Güç Kontrolü
Rüzgâr parkları enerji sistemine bağlantı noktasında şebekeyi işleten firmanın aktif ve reaktif güç ile ilgili şartlarını karşılamak zorundadır. Mevcut bir bağlantı noktasına yeni bir rüzgâr parkı veya türbini eklenmesi durumunda, parkta bulunan türbinlerin şebeke bağlantısı noktasında sağlanması gereken değerlerine etkisi olacaktır. Bu amaçla şebeke bağlantı kurallarına uygunluk için sistem genelinde aktif ve reaktif güç denetimini sağlayan bir rüzgâr parkı kontrolüne ihtiyaç vardır. Ek-18’e göre Aktif Giç Kontrolü tanımı: İletim sistemine bağlı rüzgâr enerjisine dayalı üretim tesislerinde Yönetmeliğin 61 inci maddesinde tanımlanan acil durumlarda aktif güç kontrolü yapılabilecektir. Rüzgâr enerjisine dayalı üretim tesisinin aktif güç çıkışı, gerektiğinde TEİAŞ tarafından gönderilecek sinyallerle, santralin o anki şartlarda emre amade gücünün %20-%100’ü arasında otomatik olarak kontrol edilebilir olmalıdır.
Bir rüzgâr parkının şebeke bağlantı noktasında toplam gücü şebeke kapasitesinden daha büyükse BTC | GRID Agent şebeke bağlantısı kapasitesinin her zaman maksimum kullanılmasını sağlar. Rüzgâr parkında bir türbin daha az güç üretiyorsa, diğer türbinler buna göre daha yüksek bir kapasite ile çalışacak şekilde ayarlanır. BTC | GRID Agent otomatik olarak yönetir ve sonuç olarak, şebeke bağlantı noktası için gerekli olan güç azaltma elde edilir.
Reaktif güç hesabı aşağıdaki formül ile gösterilebilir:
Kontrol sistemlerinde değişik yöntemler izlemek mümkündür. En sık kullanılan yöntemlerden olan PID kontrolde ayar değeri istenilen ideal değerlere ulaşıncaya kadar sahadan okunur ve adım adım değiştirilir. Bu yöntemin dezavantajı yavaş olması, kontrol zamanında gecikmeler olması ve salınım riski olmasıdır. Aşağıdaki şekilde mavi renk şebeke işletmecisinin ayar değerini sarı renk PID kontrolör ayar değerini gösterir. Grid Agent kontrol metodunda her bir rüzgâr santrali için önden yük akışı simülasyonu yapılmasıyla ilgili ayar değerlerini bir defada ileterek hızlı, salınımsız ve mekanik yüklenmeye yol açmayan bir kontrol sağlanır.
Aşağıdaki şekilde mavi renk şebeke işletmecisinin ayar değerini sarı renk Grid Agent yük akışı kontrolör ayar değerini gösterir.
Ayar değerlerinin yük akış modelinde doğrudan hesaplanmasında ölçüm değerleri direkt olarak kontrolöre girilmediği için sinyal iletimindeki reaksiyon zamanları daha az kritik olur. Ayrıca az salınımlı bir simülasyon algoritması kullanılarak santrallerin ayar değerleri elde edilir. Daha sonra bu ayar değerleri santrallere gönderilir ve şebeke bağlantı noktasından ölçüm değerleri ile karşılaştırılarak kontrol yapılır. BTC | GRID Agent için özel ve pahalı bir donanım gerekmez, normal bir endüstri PC içine gömülü bir yazılım olarak çalışır. Park kontrol sistemleri, SCADA ve türbinler ile kablolu ya da kablosuz iletişimde bulunabilir.
BTC | GRID Agent Avantajları:
• Santral üreticisinden bağımsız kontrol sistemi
• Saniyelik hızlarda, istikrarlı ve düşük salınımlı kontrol için tam
uygun bir yük akışı modeli
• Şebeke işletmecisinin müdahalelerinin haberdar edilmesi ve
protokolle kaydedilmesi
• Opsiyonal olarak kablolu ve kablosuz çözümler
• Modüler, standart endüstriyel donanım ekipmanları ve kompakt yapı
• Park topolojisinde gelecekte yapılacak değişikliklerin kolayca uyarlanması
• Uzun yıllara dayanan ilgi birikimi ve tecrübe, ilgili komitelerde çalışma nedeniyle güncel standartlara uyumluluk
BTC | GRID Agent ile şebeke bağlantı noktasında aktif ve reaktif güç kontrolünün yapılabilir. Bu da Türkiye’de kapasite artışı yapılırken yeni türbinlerin başka firmalardan alınarak maliyetlerin indirilmesi açısından hibrid (karma) rüzgâr parklarının kurulmasını destekleyen önemli bir faktördür.
Dr. Mustafa DÖNMEZ
BTC Business Technology Consulting AG, Berlin Almanya
E-Mail: Mustafa.Doenmez@btc-ag.com
