Konut binalarındaki kurulu kapasite fazlası ve yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonu ile dinamik yük yönetiminin şarj istasyonu boyutlandırılmasına etkileri

Abstract

Artan nüfusa ve teknolojik gelişmelere bağlı olarak araç sayısı da artmaktadır. Araçlarda kullanılan konvansiyonel yakıt türlerinin ithal olması ve çevresel kaygılardan dolayı da son yıllarda artan araç sayısının önemli bir kısmı geleneksel içten yanmalı motorlu araçların yerine elektrikli araçlar ile karşılanmaya başlanmıştır. Elektrikli araçların (EV) kullanımının çevreye verilen zararı azaltması ve hava kalitesini iyileştirmesi beklenmektedir. Ancak elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte bazı zorluklar da ortaya çıkmıştır. Bu zorluklardan biri de şarj istasyonu altyapısı sorunudur. Bu nedenle şarj istasyonlarının yönetimi çok önemli hale gelmiştir. Ancak EV şarjına yönelik altyapı, park tesislerinin konumu ve kullanılan şarj modelleri gibi faktörlere bağlı olarak değişiklik gösterebilmektedir. Üstelik bu altyapıların etkin yönetiminin olmayışı, elektrikli araçların elektrik şebekesinden düzensiz bir şekilde şarj edilmesiyle birleştiğinde yeni zorluklar ortaya çıkmaktadır. Elektrikli araçlara yönelik hızla artan talep, şebeke üzerindeki yükü artırmakta ve yerel ağlarda aşırı yüklenmelere neden olabilmektedir. Bu durum, EV'lerin aynı anda yoğun şekilde şarj edilmesi durumunda ağ kesintileri veya gerilim düşmesi gibi sorunlara yol açmaktadır. Şarj istasyonlarındaki yük yönetimi bu tür sorunların önlenmesine yardımcı olmaktadır. Şarj istasyonunu yönetimi statik ve dinamik yük yönetimi gibi iki farklı şekilde gerçekleştirilebilir. Statik yük yönetimi istasyondaki duruma göre gelen enerjiyi eşit olarak paylaştırır. Herhangi bir akıllı yönetim söz konusu değildir. Dinamik yük yönetimi, şarj istasyonlarının anlık enerji talebini izler ve şarj hızını ağ durumuna göre otomatik olarak ayarlar. Böylece şarj istasyonları ağın anlık ihtiyaçlarına göre esnek olur ve ağın kararlılığını korur. Dinamik yük yönetimi, statik yük yönetiminde farklı olarak, elektrikli araçların şarj sürecini optimize ederek enerji verimliliğini artırır ve şebeke üzerindeki yükü dengeler. Bu tezin amacı dinamik yük yönetimiyle statik yük yönetiminin karşılaştırmalı olarak incelenmesidir. Bu inceleme yapılırken, literatürdeki diğer araştırmalara ek olarak, dinamik yük yönetimine bina kurulu gücü ve yenilenebilir enerji entegre edilmiştir. Bu sayede bütünleşmiş sistemlerin dinamik yük yönetiminde nasıl bir etkisi olacağı çalışılmıştır. Statik yük yönetimi akıllı bir sistem olmadığından şebekedeki gücü eşit olarak şarj istasyonuna gelen araçlara pay etmektedir. Dinamik yük yönetiminde ise bu durum, şarj istasyonundaki araç sayısına, ihtiyaç olan enerjiye vs. göre değişmektedir. Bataryası %80 dolan aracın şarj istasyonundan ayrılabileceği öngörülmüştür. Bu çalışmada 3 senaryo ele alınmıştır. 1. durumda araç sayısının daha az olduğu, 2. durumda araç sayısının daha fazla olduğu ve 3. durumda ise 4 saatlik aralıklarla değişen araç sayısına göre incelemiştir. Bu 3 durum 5 ayrı senaryoda ele alınmıştır. Her bir durum da statik yük yönetimi, dinamik yük yönetimi, bina kurulu gücü entegreli dinamik yük yönetimi, yenilenebilir enerji entegreli dinamik yük yönetimi ve hem bina kurulu gücü hem yenilenebilir enerji entegreli dinamik yük yönetimi senaryolarıyla beraber analiz edilmiştir. Çalışmada örnek alınan bina entegrasyonu, 5 bloktan oluşan 10 daireli bir site olup, bu kurulu güç 27,86 kW olarak hesaplanmıştır. Bununla beraber şebekeye olan bağlılığın azaldığı gözlemlenmiştir. Yenilenebilir enerji entegrasyonunda ise, fotovoltaik kurulu gücü ortalama 100 kW ele alınmıştır. Bu değerlendirmelerin sonucunda olasılıksal olarak, şarj istasyonundaki soket sayılarının değişimi gözlemlenmiştir. Örneğin, durum 1' de statik yük yönetimi senaryosunda olasılıksal olarak 10 ila 11 soket yeterli iken dinamik yük yönetiminde soket sayısının 8 ila 9'a düştüğü görülmüştür. Bina entegrasyonu senaryosunda ise 8 soket bulunma olasılığı en yüksektir. Bina entegrasyonu ve yenilenebilir enerji entegrasyonuyla beraber dinamik yük yönetiminde şarj istasyonundaki soket sayısı kullanımının daha düşük olduğu olasılıklar daha yüksektir.