Türkiye'de kurulu güç dağılımı dengelemesiyle rüzgardan enerji üretiminin üniformlaştırılması

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarının artan önemi, enerji sektöründe sürdürülebilir çözümlerin geliştirilmesini zorunlu hale getirirken, bu dönüşüm beraberinde yeni teknik ve operasyonel zorlukları da getirmektedir. Bu tez, rüzgâr enerji santrallerinin dengesiz ve öngörülemeyen üretiminin elektrik şebekesi üzerindeki etkilerini kapsamlı bir şekilde incelemeyi amaçlamaktadır. Rüzgârın doğası gereği değişken olması nedeniyle ortaya çıkan güç dalgalanmaları, tahmin hataları ve işletme sorunları hem şebeke kararlılığını hem de enerji arz güvenliğini doğrudan etkilemektedir. Bu çalışma, söz konusu etkileri nicel ve nitel analiz yöntemleriyle değerlendirirken, aynı zamanda çözüm odaklı bir yaklaşım ortaya koymaktadır. Tezin ilk bölümünde çalışmanın amacı, kapsamı ve kullanılan yöntemler açıklanmıştır. Bu kapsamda, Türkiye'nin 4 yıllık il bazlı saatlik rüzgâr üretim verileri kullanılarak bölgesel birim üretim serileri oluşturulmuş ve bu veriler Weibull dağılımı ile modellenmiştir. Literatürde yaygın olarak kullanılan Weibull dağılımı, rüzgâr şiddetinin istatistiksel özelliklerini belirlemede önemli bir araç olup, çalışmada her bölge için en uygun parametre setleri MATLAB yazılımı aracılığıyla elde edilmiştir. Bu analiz, rüzgâr üretiminin bölgesel değişkenliğinin daha doğru anlaşılmasına olanak sağlamış ve şebeke stabilitesine ilişkin sorunların altında yatan istatistiksel yapı ortaya konmuştur. İkinci bölümde, rüzgâr enerjisinin fiziksel ve teknik özellikleri ile elektrik şebekesinin yapısal bileşenleri ele alınmıştır. Türbinlerin çalışma prensipleri, üretimde yaşanan değişkenlikler ve rüzgâr enerjisinin doğasından kaynaklanan belirsizlikler detaylı biçimde açıklanmıştır. Ayrıca, Türkiye'nin iletim sistemi, gerilim ve frekans kontrol mekanizmaları ve yenilenebilir enerji santrallerinin şebekeye entegrasyonundaki teknik sınırlamalar değerlendirilmiştir. Üçüncü bölümde, rüzgâr üretim tahminlerindeki hataların ve bölgesel değişkenliğin şebekeye etkileri incelenmiştir. Weibull modeli sonuçları, özellikle Doğu Anadolu ve İç Anadolu bölgelerinin diğer bölgelere kıyasla daha tutarlı ve düşük hata değerlerine sahip olduğunu göstermiştir. Bu durum, rüzgâr şiddetinin bu bölgelerde daha kararlı bir dağılım gösterdiğini ortaya koymuş ve rüzgâr üretiminin öngörülebilirliğinin bölgesel olarak farklılık taşıdığını doğrulamıştır. Çalışmada ayrıca ani rüzgâr değişikliklerinin şebeke işletmesini nasıl zorlaştırdığı, tahmin hatalarının artmasının sistem dengesini nasıl etkilediği ve bu durumun ekonomik yansımaları tartışılmıştır. Dördüncü bölümde, rüzgâr enerjisinin şebeke üzerinde oluşturduğu teknik zararlar ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Frekans ve gerilim dalgalanmalarının rüzgâr üretimindeki değişkenlik ile ilişkisi, uzun iletim hatlarının ve yetersiz bağlantı noktalarının üretim kayıplarına yol açması gibi problemler detaylandırılmıştır. Bu kapsamda, iç ve doğu bölgelerde şebeke altyapısının sınırlı olması nedeniyle kablo uzunluklarının artması, enerji iletim kayıplarının yükselmesi ve bölgesel üretim xxii kısıtlarının oluşması gibi sorunlara da değinilmiştir. Ayrıca, Weibull analizinde düşük hata veren bölgelerde kurulu gücün artırılması durumunda Türkiye ortalama rüzgâr üretim istikrarının iyileşeceği bulgusuna ulaşılmış ve bu durumun frekans kontrolünü kolaylaştıracağı gösterilmiştir. Beşinci bölümde, rüzgâr enerjisinin neden olduğu şebeke sorunlarına yönelik çözüm önerileri sunulmuştur. Gelişmiş rüzgâr tahmin modelleri, veri analitiği ve yapay zekâ tabanlı tahmin yöntemleri, enerji depolama çözümleri, akıllı şebekelerin sağladığı avantajlar ve bölgesel şebeke güçlendirme stratejileri detaylı şekilde tartışılmıştır. Ayrıca, Kyoto Protokolü ve Paris İklim Anlaşması kapsamında Türkiye'nin karbon azaltım hedefleri değerlendirilmiş ve rüzgâr enerjisinin uluslararası iklim politikaları açısından kritik rolü vurgulanmıştır. Uluslararası iyi uygulama örnekleri karşılaştırmalı olarak incelenmiş ve bu deneyimlerin Türkiye'ye uyarlanabilirliği değerlendirilmiştir. Tezin son bölümünde, elde edilen bulgular bütüncül bir çerçevede yorumlanmış ve rüzgâr enerjisinin Türkiye elektrik şebekesine entegrasyonu konusunda atılması gereken adımlar tartışılmıştır. Bölgesel Weibull analizinin sonuçları, Türkiye'nin rüzgâr yatırımlarında yalnızca potansiyel büyüklüğünü değil, aynı zamanda üretimin öngörülebilirlik düzeyini de göz önünde bulundurması gerektiğini göstermiştir. Çalışmanın bulguları, rüzgâr enerjisine dayalı üretimin daha kararlı hale getirilmesi, frekans kontrolünün iyileştirilmesi ve enerji arz güvenliğinin artırılması için çeşitli stratejik öneriler sunmaktadır. Bu tez, yenilenebilir enerji kaynaklarının şebeke üzerindeki etkilerini derinlemesine inceleyerek hem sektörün teknik kapasitesine hem de Türkiye'nin sürdürülebilir enerji hedeflerine katkı sağlamayı amaçlamaktadır