Elektrikli araç otoparklarının dağıtım sistemi güvenilirliğine etkilerinin incelenmesi

Yakın geçmişe kadar elektrik enerjisi, kaynağın olduğu yerde, büyük güçlü üreteçlerle üretilip uzun iletim hatları ile tüketiciye ulaştırılmaktaydı. Ayrıca, güç sistemlerinin yönetimi (üretim, iletim ve dağıtım şebekelerinin yönetimi) tek elden yapılmaktaydı. Bugünün dünyasında, gelişen ve büyüyen güç sistemlerinde bu yapı ihtiyaca cevap vermemektedir. Çünkü katı düzenlemeler enerji kaynaklarından etkin şekilde yararlanmayı engellemektedir. Yeni yapılanma ile açık-erişim ortamında, tüketiciler elektrik sağlayıcılarını serbestçe seçebilmektedirler. Serbestleştirmenin ortaya çıkışıyla, elektriğe olan arz ve talep esnekleşmektedir. Bu durumda yapılması gereken, tüketici ihtiyaçları göz önüne alınarak, mevcut sistemlerde iyileştirme yapmak veya tüketicilere kendi elektriğini üretip fazlasını da satabilme olanağını vermektir. Bu değişikliği yapabilmek, uzun yıllardır uygulanan modelin değiştirilmesi anlamına gelmektedir. Yeni oluşan yapı, dağıtık enerji kaynaklarının (DEK) düşük yatırım maliyetleri, çevreye duyarlı yapıları ve yüksek esnekliğe sahip özelliklerinden dolayı cazip bir üretim ve depolama çeşidi haline getirmektedir. DEK'ler, dağıtım sistemlerine bağlanan küçük ölçekli üretim ve depolama sistemleridir. Değişen ve gelişen güç sistemlerinde yeni aktörlerden biri de elektrikli araçlardır (EA). EA'lar dağıtım sistemleri için yeni olanaklar ve yeni bir rekabeti ortaya çıkartmaktadır. Çünkü EA'lar ilerleyen yıllarda artan kullanımlarıyla dağıtım sistemi planlamasında dikkat edilmesi gereken bir yük olmasının yansıra, sistem için bir depolama seçeneği de olacaktır. Elektrikli araçların, depoladıkları enerjiyi, sistem kaynaklarında bir yetersizlik ve/veya bileşenlerde bir arıza olduğunda şebekeye vererek sistem güvenilirliğinde iyileşme sağlamak mümkündür. Teknik getirisi yanında, sistemin tepe yükte çalıştığı saatlerde yükselen enerji fiyatları durumunda, tepe-tıraşlama amaçlı kullanılabilecek bir ekonomik donanım olarak da işlev görmesi olasıdır. Diğer taraftan kısıtlı batarya kapasiteleri (12-90 kWh), EA'ların şebekeye yapacakları katkıyı sınırlamaktadır. Bu noktada, birleştirici yapılarından dolayı EA park alanları, tepe tıraşlama veya yedek güç biçiminde çalışan yeni bir DEK olarak kullanılabilir. Çünkü EA'lar günün büyük bir kısmında park halindedir. Bu çalışmada, EA otoparkının olasılıksal depolama kapasitesinin (ODK) dağıtım sistemi güvenilirliğine etkileri incelenmektedir. İstanbul gibi büyükşehirlerde 400-500 araç kapasitesine sahip birçok otopark bulunmaktadır. Gelecekte sürücü alışkanlıklarındaki değişiklik de göz önüne alındığında, böyle bir park alanındaki depolanan enerji, öğle tepe yük süresinde şebeke 2-3 saat boyunca 1 MW güç sağlayabilir. Bu çalışmada, EA otoparkının ODK'nin dağıtım sistemi güvenilirliğine etkilerini belirlemek için bir depolama modeli, yük modeli ve dağıtım sistemi modeli olmak üzere üç temel model geliştirilmiştir. İlk aşamada EA otoparkının ODK modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan modelin en önemli parametrelerinden biri, araçların otoparka geliş/gidiş örüntüsüdür. İSPARK tarafından sağlanan Hacıosman katlı otoparkının araç geliş/gidiş zaman verisi kullanılarak, bu örnek otoparkın araç geliş/gidiş zamanlarının dağılımı elde edilmiştir. Bu dağılımlara uygun geliştirilen rastlantısal araç geliş/gidiş örüntüsü ile birlikte araçların otoparka ulaştıklarındaki batarya doluluk yüzdesi (State of Charge - SoC) ve doldurma cihazı gücü belirlenerek Monte-Carlo (MC) benzetimi ile her gün içi saat için EA otoparkının ortalama ODK değeri hesaplanmıştır. Ayrıca, model parametrelerinin etkisini gözlemlemek için çeşitli duyarlılık analizleri yapılmış ve otopark ODK'nin mevsimsel olarak değişimi incelenmiştir. İkinci aşamada, otoparkta EA'ların dolma sırasında ihtiyaç duyduğu güç hesaplanmıştır. EA'lar, sabah saatlerinde (07.00-11.00) doldurulur, otoparkın depolama kapasitesinin en yükseğe ulaştığı zaman diliminde (11.00-14.00) sistemde arıza veya kesiti olursa boşaltılır. Belirlenen bu çalışma ilkesine göre, ilk aşamada geliştirilen otoparkın araç geliş/gidiş örüntüsü ve lityum-iyon batarya dolma özelliği kullanılarak otoparkın yük eğrisi bulunmuştur. Daha sonra, BEDAŞ tarafından sağlanan otoparkın şebekeye bağlanacağı dağıtım fiderinin yük verisi işlenerek bu fiderin yük modeli oluşturulmuştur. Son aşamada BEDAŞ tarafından sağlanan veri kullanılarak güvenilirlik analizi için fiderde bulunan elemanların güvenilirlik parametreleri belirlenmiştir. Otoparkın depolama kapasite modeli, otoparkın ve fiderin yük modelleri ve fider elemanlarının güvenilirlik parametreleri birleştirilerek ve belirlenen dört farklı çalışma senaryosu için dağıtım sistemi güvenilirlik ölçütleri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar EA otoparkının sistem güvenilirlik ölçütlerinde % 42'e varan iyileşme sağladığını göstermektedir. Ayrıca, EA otoparkının güvenilirlik ölçütlerinde sağladığı iyileşmeyi güçlendirmek için şebekeden araca (G2V) ve şebekeden araca (V2G) enerji akışı işlemlerinden elde edilen ekonomik fayda hesaplanmıştır. Bu çalışmanın en önemli özelliği, gerçek veriler kullanılarak bir otopark depolama kapasite modeli oluşturulması ve bu modeli kullanarak yine gerçek bir dağıtım fideri verileri ile bu fidere bağlı EA otoparkının, fiziksel kısıtları da dikkate alarak, olası farklı çalışma koşulları için dağıtım sistemi güvenilirliğine etkisinin incelenmesidir. Literatürdeki çalışmalarda genellikle örnek test sistemleri kullanılmakta ve çoğu kez dağıtım fiderine kıyasla oldukça güçlü bir otopark kapasitesinden hareketle analizler yapılmakta; bunun sonucunda da abartılı teknik ve ekonomik getiriler hesaplanmaktadır. Bu çalışmalar, V2G işletme şekli için geleceğin akıllı şebekelerinde, güvenilirlikteki iyileşmelerle ilgili bir beklentiyi ortaya koymaktadır. Fakat bu beklentinin mertebesi biraz abartılı olup, bu çalışma ile otoparkların elektrik şebekesi açısından teknik ve ekonomik getirileri daha somutlaşmaktadır. Bu çalışma sonuçları aynı zamanda, otopark işletmecileri ve dağıtım şebekesi ilgililerine, tercih ve yatırımları için yol gösterici bir özellik taşımaktadır. Bu çalışmanın sonuçları kullanılarak, var olan veya yeni kurulacak otoparkların elektrik altyapı ihtiyaçları, sadece G2V değil, V2G çalışma da dikkate alınarak belirlenebilir. Son olarak, daha küresel ölçekte bakıldığında, mevcut bir potansiyelin kullanılması ile ek enerji kaynağı yatırımlarının önleneceği gerçeğinden hareketle, çalışmanın sonuçları, kamu otoritesinin bu tarz girişimlere sağlayacağı destekler açısından da önem kazanmaktadır. Diğer yandan bu çalışma mevcut otoparklar veya konumu belli olan yeni kurulacak otoparklar ve dağıtım şebekesi bilgisine odaklanarak, bu koşullar altında, farklı çalışma senaryoları için güvenilir değerlendirmesini içermektedir. Otopark konumlandırma (en uygun otopark şebeke bağlantı noktası belirleme) veya boyutlandırma (en uygun otopark araç boyutu belirleme) problemleri, çalışma kapsamı dışındadır. Gelecekte, EA ve batarya teknolojilerinde yaşanacak gelişmeler ve elektrik piyasasındaki yeni yönelimler, çalışma sonuçlarının önemi ve anlamını daha da belirginleştirecektir.