Yenilenebilir enerji kaynakları ve elektrikli araçların birlikte idaresi

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynakları; ekonomik, jeostratejik, jeopolitik, çevresel etmenler ile insanlık için vazgeçilmez bir kavram haline gelmiştir. Sürdürülebilir enerji politikaları ihtiyacı ve sanayi devrimi ile birlikte doğanın artık geri dönüşü zor bir düzeyde kirletilmiş olması insanlığı önlemler almaya itmiştir. Elektrikli araçların 19. yüzyılda ortaya çıkmasından sonra geçen yüzyılın üzerinde süre sonunda yeniden yaygınlaşmaya başlaması yenilenebilir enerji kaynaklarının önemini arttırmıştır. Elektrik üretimi dışında insanlığın en önemli enerji ihtiyacını doğuran nakliye sektörünün bağlı olduğu fosil yakıtlar, elektrikli araç batarya teknolojinin gelişmesi ile birlikte yerini yenilenebilir enerji kaynakları ile üretilen elektriğe bırakmak üzeredir. Bu noktada üretilen elektriğin kaynağı çok önemlidir. Zira fosil yakıtlara dayanan elektrik üretimi, elektrikli araçların sağlayacağı potansiyel etkileri motor verimliliği düzeyine indirecektir. Elektrikli araçların kullanımının artması; şarj ihtiyacının giderilmesi noktasında sadece ihtiyaç duyulacak enerji kaynağının şekil değiştirmesi açısından değil, aynı zamanda doğacak bu yeni elektrik ihtiyacının mevcut şebeke altyapı yeterliliği açısından da önlemler almayı gerektirecektir. Bu tez çalışmasında model bir yerleşim yerinde, model bir şebeke parçası üzerinde elektrikli araç şarj yükünün şebeke üzerindeki zorlayıcı etkileri belirlenen senaryolar üzerinden sunulmuştur. Yenilenebilir enerji kaynağı olarak seçilen GES uygulamaları seçilmiş ve modele çeşitli senaryo başlıkları ile eklenmiştir. V2G teknolojisinin puant gücü yönetmek için kullanıldığı senaryo başlıkları ile GES ile yapılan üretimden alınacak faydaların yükseltilebileceği gösterilmiştir. Elektrikli araçların şarj ihtiyacı park anında karşılanabildiği için şehirler arası ücretli yollarda görebildiğimiz toplu şarj alanlarını henüz şehir içlerinde görmemekteyiz. Bununla birlikte araçların sayısı arttıkça konut alanlarında altyapı kısıtları sebebiyle mevcut kapasitenin en uygun şekilde kullanılması ihtiyacı günyüzüne çıkacaktır. Konut alanlarında doğrudan ticari bir aracı olmaksızın şarj ihtiyacının giderilebilmesi araçları hem mali açıdan hem kullanım kolaylığı açısından daha cazip hale getirecektir. Bunun dışında ani ihtiyaç durumunda veya konut alanından uzak bir konumda ihtiyaç duyulan enerji tedariğinin halka açık akaryakıt istasyonu benzeri noktalarda hızlı bir şekilde giderilebilmesi elektrikli araçlara güveni arttıracaktır ve elektrikli araçların daha tercih edilebilir olmasını sağlayacaktır. Tez çalışmasında sadece konutta şarj, sadece halka açık istasyonlarda şarj imkanı olan senaryolar akıllı şarj ve yük paylaşımı sistemi kurulmasına ek olarak V2G ve GES imkanlarının da bulunduğu çeşitli senaryolarla detaylandırılmıştır. Bunun için belirli sayıda konut bulunduran sitelerden oluşan model bir semt tasarlanmıştır. Model semtin lokasyonu olarak kabul edilen Kocaeli ili Körfez ve Derince ilçelerinin coğrafi konumu üzerine solar geometri kullanılarak güneş enerjisi potansiyeli yılın en uzun ve en kısa günlerine yakın günler olan 16 Haziran ve 23 Aralık tarihleri için hesaplanmıştır. Bu tarihler baz alınarak model semtin güneş enerji potansiyeli hesaplanmıştır. Hiçbir elektrikli araç yükü bulundurmadığı varsayılan bu model semti oluşturan sitelerin ve ortak ticaret alanının beslendiği elektrik şebekesi, Powerworld programı üzerinde kendi kendine yetecek ve bir hatta gerçekleşen arıza durumunda açık ring halinde hizmet verecek kapasitede olacak şekilde oluşturulmuştur. Bu temel şebeke üzerine elektrik araç şarj yükü, GES kaynağı, akıllı şarj ve yük akışı, V2G teknolojisinin sağladığı esneklik çeşitli kombinasyonlar ile eklenerek Powerworld programı kullanılarak belirlenmiş senaryolar değerlendirilmiştir. Model semt üzerinde senaryolar için ihtiyaç duyulan şarj cihazları, şarj için ihtiyaç duyulan altyapı, akıllı şarj sistemi için ihtiyaç duyulan ağ ve otomasyon sistemleri, hızlı şarj istasyonları ve ESS tesisi, GES tesisi, tedarik ve kurulum maliyetleri sunulmuştur. Senaryolar üzerinden işletme maliyetleri senaryoların niteliklerine göre hesaplanmıştır. Senaryoların karbon salınımı yönünden sağlayacağı faydalar belirlenmiştir. Senaryolar; kullanıcılar için sağlayacağı ekonomik fayda, yapılan yatırımın geri dönüş süresi, 5 yıllık süre zarfında sağlanacak toplam fayda, karbon salınımı faydası yönlerinden kıyaslanarak yöntemlerin avantajları ve dezavantajları gösterilmiştir. Türkiye üzerinde demografik ve ekonomik veriler kullanılarak model semtte elde edileceği hesaplanan faydalar kullanılarak değerlendirilmelerde bulunulmuştur. Ulusal ölçekte dış ticaret açığı ve karbon salınımı üzerinde elektrikli araçların ve yenilenebilir enerji kaynaklarının birlikte idaresi sayesinde sağlanabilecek potansiyel faydalar hesaplanmıştır ve açıklanmıştır.