Mikro grid – Mikro şebeke – Microgrid Nedir?

Mikro şebeke (mikro grid) nedir ve nerelerde kullanılır?

Mikro şebeke, tüketim noktalarının ve üretim santrallerinin (dağıtılmış enerji kaynakları, DEK) belirli sınırlar içinde birbirine bağlanması durumudur. Bu sınırlar içinde kalan şebeke, genel şebekeye bağlı veya bağımsız bir ada şeklinde olabilir. Mikro grid kavramı, askeri ve endüstriyel alanlarda veya ana karadan uzak adalarda uzun zamandır kullanımdadır. Mikro şebeke tanımının 2020 li yıllarda yeniden gündeme gelme sebebi, yenilenebilir enerji kaynaklarının toplam elektrik üretimindeki oranı arttıkça, merkezi olmayan enerji kaynakları yaygınlaşmasıdır. Dağıtılmış enerji kaynaklarının bölgedeki varlığı, mikro grid uygulamasını mümkün ve finansal olarak uygulanabilir kılmaktadır.

Mikro şebeke çeşitleri nelerdir? Kullanım alanlarına göre microgrid

Mikro şebeke modelleri, hastane veya üniversite kampüsü gibi kesintisiz enerji ihtiyacı olan belirli bir alanda kullanılabileceği gibi, bir ilçenin tamamını kapsayacak şekilde meskenler veya bir sanayi sitesinin enerji dağıtımını sağlayacak şekilde de uygulanabilir. Askeri üslerin enerji kaynağının güvenlik altına alınması gibi stratejik nedenlerle de mikro şebeke kullanım örnekleri mevcuttur. Mikro şebeke boyutları, bir apartman kadar küçük veya bir il kadar büyük olabilir.

Mikro şebeke nelerden oluşur? Nasıl yapılır? Microgrid bileşenleri

Mikro şebekeler, temelde dört farklı noktadan oluşur.

• Dağıtılmış enerji kaynakları (enerji üretimi)
• Enerji depolama
• Enerji tüketimi
• Genel (makro) şebekeye bağlanma noktası

Dağıtılmış enerji kaynakları: Mikro şebekelerde, enerji üretimi genellikle güneş paneli ve rüzgar türbinlerinden oluşan yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanmaktadır. Bunun yanı sıra küçük ölçüde hidroelektrik, jeotermal ve biokütle / biyogaz enerji santrallerinden oluşmaktadır.

Enerji depolama: Yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji üretimindeki dengesizlik ve güneş enerji santrallerinin gündüz ve gece üretim farklarını gidermek amacıyla enerji depolaması yapılması gerekir. Enerji depolama aynı zamanda ani yük taleplerinin karşılanması ve voltajdaki değişikliklerin düzenlenmesine de yardımcı olur. Günümüzde Lityum-iyon ve Lityum Demir Fosfat benzeri yüksek çevrimli depolama teknolojilerinin yanı sıra, jel akü benzeri kurşun asit depolama teknolojileri sıklıkla kullanılmaktadır.

Enerji tüketimi: Tüketim, hane (mesken) kullanımı şeklinde olacağı gibi, özel bir alan, endüstriyel kullanım veya askeri amaçlı olabilir. Mikro şebekelerde enerji yönetimi, tüketim ihtiyaçlarına göre düzenlenmelidir. Enerji tüketim noktalarının talep tahminleri ne kadar iyi yapılırsa, üretim ve depolama kapasitesi de optimum şekilde tasarlanabilir.

Genel (makro) şebekeye bağlantı noktası: Mikrogridler ana şebekeye bağlı veya ada şeklinde tasarlanabilir. Ana şebekeye bağlı mikrogrid, şebeke kesintileri veya farklı bölgelerdeki talep değişiklikleri durumunda kesintiye uğramadan tüketime devam edebilir. Bağlantı noktası tasarımı, tamir veya kapasite aşımı durumlarında mikro şebekenin makro şebeke ile gerekli koruma devreleri ile bağlanmasını zorunlu kılar.

Yenilenebilir enerji kaynakları ve mikro grid ilişkisi

Yenilenebilir enerji kaynakları, özellikle arazi ve çatı üstü güneş enerji santralleri kullanımı yoğunlaştıkça, mikro şebeke uygulamasının fizibilite çalışmaları anlamlı hale gelmektedir. Dağıtılmış enerji kaynakları (DEK) tanımına uygun hidroelektrik ve jeotermal yenilenebilir kaynakların coğrafi konumları seçilememekte, kaynak neredeyse o alana santral kurulması gerekmektedir, ancak güneş enerjisi kullanımında durum farklılaşmaktadır. Üretim ve tüketimin aynı noktaya kadar yaklaştığı çatı üstü ges döneminde, OSB işletmelerinin ve benzeri santral kurulumlarının mikrogrid yöntemi ile şebekeye bağlantısı minimum maliyetle karşılıklı fayda sağlamaktadır.

Mikro şebeke (microgrid) avantajları ve dezavantajları

Mikrogrid avantajları,

• Yüksek verimli, düşük maliyetli temiz enerji kaynakları kullanımına dayanır.
• Bölgesel şebekeden güvenli bir şekilde ayrılarak kesintisiz enerji sağlar.
• Merkezi şebekenin anlık değişen talep ihtiyaçlarını karşılar.
• Enerji hatlarında oluşan kayıplar engellenir
• Risk dağıtılmış olur, merkezi şebeke daha güçlü hale gelir
• Çeşitli afet durumları sonrası hat kesilmesi problemi ortadan kalkar.

Mikrogrid Dezavantajları,

• İki yönlü akım nedeniyle komplike ve yüksek maliyetli koruma devresi tasarımı
• Mikrogrid içi AC dağıtım hatlarında ani dalgalanma ve control / sönümleme güçlüğü
• Mikrogrid modelleme ve kontrol mekanizması kurulması gerekliliği
• Yenilenebilir enerji kaynaklarının hava koşullarından etkilenmesi
• Enerji depolama ünitesinin yatırım ve bakım maliyeti

Mikrogrid (mikro şebeke) modelleme ve kontrol

Mikrogrid uygulamalarında anlık olarak üretim ve talep dengelemesi önemlidir. Aktif ve reaktif güç talep ve üretim tahmin dengesi iyi tasarlanan bir microgrid optimum verimlilikte çalışır. Kontrol tek bir merkezden yapılabileceği gibi, dağıtılmış şekilde üretim ve tüketim noktalarından da yapılabilir. İki yöntemin de kendine has avantaj – dezavantajları mevcuttur. Piyasada bir çok farklı marka – model ürün ve sistem entegrasyonu seçenekleri mevcuttur.

Mikrogrid örnekleri – Dünyada mikro şebeke uygulamaları

Mikro şebeke sistemleri, karadan uzak adalarda, askeri alanlarda ve havaalanı – hastane gibi hizmet binalarında uzun süredir kullanımdadır. Ancak yeni tip, yenilenebilir enerjinin fizibiliteyi yükselttiği mikro şebekelere örnek vermek gerekirse, 2016 yılında kurulmaya başlayan, Brooklyn, New York’ta, blockchain teknolojisi ile mahsuplaşma sağlayan, şahıslar (ev sahipleri) arası enerji alım satım işlemlerinin gerçekleşebildiği güncel bir model mevcuttur. Bunun dışında, günümüzde çatı üstü ges kurulum ve devreye almaları yaygınlaştıkça, organize sanayi bölgelerinde, hastane ve benzeri enerji sürekliliği ihtiyacı yüksek noktalarda mikro grid uygulaması yaygınlaşmaya devam etmektedir.