Elektrik enerji şebekelerinde esnek güç yönetimi ve bir uygulama örneği

Abstract

Enerji insanların yaşam kalitesinin arttırılmasında ve dolayısıyla endüstrinin gelişmesindeki en önemli unsurlardan birisidir. Enerjinin elde edilmesi, iletilmesi ve kullanılması sırasında, enerji verimliliğine ayrı bir özen göstermeliyiz. Enerji verimliliği konusunda en etkili yöntemlerden birisi de enerji yönetim sistemidir. Enerji yönetim sistemi, elektriğin üretiminden tüketimine kadar bütün aşamaları kapsayan bir sistemdir. Bu sistemin önemli bir parçası olan talep taraflı yönetim ise elektrik tüketicilerinin tüketim alışkanlıkları ile orantılıdır. Talep taraflı yönetimin sağlıklı işletilebilmesi için tüketicilerin elektrik taleplerinin gerçek zamanlı olarak izlenmesi önemlidir.Ülkelerin teknolojik ve sosyo-ekonomik gelişim verilerine dayanılarak hazırlanan elektrik enerjisi talep tahminleri esas alınarak belirlenen üretim kapasite kestirimi ve uzun dönem üretim planlamalarının yapılması enerji arz güvenirliği açısından oldukça önemlidir. Ayrıca, enerjinin üretimi, iletimi, dağıtımı ve tüketiminde de teknoloji odaklı planlamalar tasarlanmalıdır. Yeni enerji sistemlerinin uyarlanabilir, tüketici ile etkileşimli ve gerçek zamanlı olarak izlenip kontrol edilebilen bir yapıda olması istenmektedir. Bu kapsamda ?akıllı şebekeler (smart grids)? kavramı gündeme gelmiş ve daha verimli ve daha etkin bir enerji yönetim sistemi olarak önem kazanmıştır.Akıllı şebeke, tüketicinin talebi ile üreticinin arzı arasındaki dengeyi çift yönlü haberleşerek sürekli izleyen ve kontrol edebilen bir enerji yönetim sistemi olarak tanımlanmaktadır. Akıllı şebeke sistemi; elektrik enerjisi üretimi, iletimi-dağıtımı ve tüketiciler olmak üzere üç temel bileşenden oluşmaktadır. Akıllı şebeke sistemleri, akıllı ev uygulamaları için de önemli bir basamak oluşturacaktır. Tüketiciler, bazı elektrikli ev aletlerini çeşitli uygulamalar sayesinde kontrol edebilecek ve böylece anlık olarak ihtiyaç duyulmayan enerji taleplerinin birim fiyatlandırmanın daha ekonomik olduğu saatlerde karşılanması için programlayabileceklerdir. Bu sayede dağıtıcı firmalar kullanıcı taleplerine en uygun gerçek zamanlı tarifeler hazırlayarak enerjinin daha verimli kullanılmasını teşvik edebilecektir. Böylelikle gerçek zamanlı olarak yük talebi dengelenebilecek ve puant dilim zamanı da şebeke üzerinde daha geniş bir zamana yayılabilecektir. Bu tez çalışmasında, elektrik şebekelerinde esnek güç yönetimi uygulanabilirliği açısından yeni bir uygulama fikri sunulmuştur. Bu kapsamda, çalışma zamanı ötelenebilir elektrikli ev aletlerinin mevcut sistemlerine yeni bir donanım eklenmiştir. Tasarlanan ve uygulama örneği burada sunulan bu sistem sayesinde puant zaman dilimindeki şebeke yükünü azaltmak hedeflenmiş ve dolayısıyla şebekedeki yükün dengeli bir dağılım göstermesinin sağlanması konusuna önem verilmiştir. Puant zaman dilimindeki enerji talebinin, geliştirilen Android tabanlı bir yazılım sayesinde tüketici ile etkileşimi sağlanarak yükün enerji birim fiyatının daha ekonomik olduğu zaman dilimine ötelenmesi gerçekleştirilmiştir. Uygulama örneği olarak, akıllı şebeke işleyişine uygun yapıda ve tüketiciyi yönlendiren bir esnek güç yönetim sistemi gerçekleştirilmiştir. Günümüzde neredeyse tüm evlerde bulunan ve kullanma sıklığına bağlı olarak enerji sarfiyatı da yoğun olan çamaşır/bulaşık makinesi gibi yüklerin puant zaman dilimindeki (17:00-22:00) kontrolü örnek bir uygulama olarak verilmiştir. Kontrol edilecek sistem üzerine entegre edilen mikro kontrolör tabanlı bir uygulama, puant zaman dilimine denk gelen saatler arasında bu yüklerin devreye alınmak istenmesi durumunda LCD ekran üzerinden kullanıcıya ?pahalı enerji tarife diliminde? olduğuna dair uyarı mesajı vermektedir. Kontrolör, kullanıcının onaylaması durumunda bu yükün otomatik devreye alınması işlemini puant zaman dilimi bitiminde başlatmaktadır. Süreç tamamlandığında ise kullanıcıya bilgi mesajı iletilmektedir.

Energy is one of the most important elements enhancing the quality of life of the people and industrial development. Equal attention should be paid both to energy efficiency during the provision, transfer and use of energy. One of the most effective methods in energy efficiency is energy management system. Energy management is a system that covers all phases of the electricity production to consumption. An important part of this system, Demand Side Management, is proportional by the consumption habits of the electricity consumers. It is important to monitor the electricity demands of consumers in real-time for healthy operation of Demand Side Management. Estimating the production capacity is very important considering the electricity generation capacity. Demand estimation is prepared on the basis of technological and socio-economic development of countries. It is a long-term production plan in terms of the reliability of energy supply. Additionally, technology-driven plans should be designed for generation, transmission, distribution and consumption of the energy. New energy systems with adaptive, real-time and interactive basis with the consumers are required for a structure that can be monitored and controlled. In this context, `intelligent networks (smart grids)` concept has been raised and it gains importance as an efficient and effective energy management system.Smart grid is defined as an energy management system that is continuous monitoring and control of balance between consumer demand and producer supply by consistent two-way communication. Smart grid system consists of three main control units that are formed by electric power generation, transmission-distribution and consumers. Smart grid systems will form an important step for smart home applications. Consumers can control some of the electrical devices due to a variety of applications, programmed as more economical jobs which are not needed instantaneously. In this way, distribution companies will be able to encourage more efficient use of energy by preparing user requirements as the best real-time rates. Thus, the load demand can be balanced in real time, and the slice of peak-time on the network can be extended to a wider time.In this study, the applicability of electrical networks for flexible power management, revealed the idea of a new application. In this context, a new hardware is added to existing systems, and the run-time of electrical household appliances is shifted. The proposed system, which is designed and applied in examples presented here, is aimed to reduce the burden of the network peak time period. Therefore, more emphasis is given on ensuring the balanced distribution of the load on the network. Peak energy demand in a specific time zone is postponed to a time frame with a more economical unit price. This is achieved by Android-based software which interacts with consumers.As an example of the application, the appropriate structure and functioning of the smart grid is realized by a flexible power management system that directs consumer demand. Today, in almost all the houses the intensive energy consumption depends on the frequency of use of washer / dishwasher peak loads in the time zone (17:00 to 22:00). This time frame is provided as a sample to the application control. The micro-controller based control system is integrated on the application, which corresponds to the time period between peak loads. If desired, it can be switched on the LCD display by the user, to `expensive energy tariff zone` which is given as a warning message. In the event of the user to approve the controller for the commissioning process, the peak load automatically shifted to the end of that time frame. When the process is complete, a message is transmitted to the user for information.