Elektrikli araç şarj yüklerinin raslantısal benzetimi ve alçak gerilim dağıtım şebekesine etkisi

Yollarda seyreden araç sayısının her geçen gün biraz daha artması, karayolu taşımacılığının toplam enerji tüketiminindeki payını artırmaktadır. Verimi düşük içten yanmalı fosil yakıtlı araçların egemen olduğu otomotiv endüstrisi; azalan dünya kaynakları, çevresel kaygılar ve ekonomik nedenlerden ötürü kabuk değiştirme eğilimine girmiştir. Otomotiv endüstrisinin geleceğiyle ilgili yayınlanan raporlara göre elektrikli araçların (EA) karayolu taşımacılığında öncü teknoloji olması beklenmektedir. Bazı ülkelerde EA'ların piyasaya nüfuz oranı ciddi sayılara ulaşmış hatta şarj istasyonu ağını büyük ölçüde tamamlayan ülkeler bile olmuştur. Türkiye de 2009 yılında Kyoto protokolünü imzalamış ve CO2 emisyonunu düşürmek için bir takım eylem planları ve teşvikleri hayata geçirmiştir. Ancak ülkemizde satışı yapılan yaklaşık 450-500 adet EA ve devreye alınan 800 adet civarındaki şarj istasyonu sayısı, yapılan bu teşviklerin çok da yeterli olmadığını göstermiştir. EA'ların yaygınlaşması sadece devlet politikalarına bağlı olmamakla beraber şarj istasyonu ağının genişlemesine, batarya teknolojilerinin gelişimine de bağlıdır. Şarj istasyonu standartlarının ve priz tiplerinin bölgeler arasında farklılık göstermesi araç üreticileri için maliyeti artırıp pazar imkanlarını sınırlayan, araç kullanıcıları için ise şarj istasyonu ağına erişebilirlik yüzdesini düşüren bir faktördür. Standartların ve priz tiplerinin tek tipleştirilmesi bu açıdan kritiktir. Araç kullanıcıları için bir diğer önemli nokta ise şarj süresidir. Konvansiyonel fosil yakıtlı bir aracın yakıt deposunu doldurması birkaç dakika sürerken EA'lar için bu süre şarj yöntemine göre 15 dk – 20 saat ya da daha uzun süreli olmak üzere değişkenlik göstermektedir. Dolayısıyla şarj istasyonlarının artması ve şarj süresinin kısaltılması EA'ların yaygınlaşmasında önemli bir eşiktir. EA'ların kullanım oranlarının artması ve şebekenin çeşitli noktalarına şarj istasyonu bağlantılarının yapılmasıyla beraber şebekeye ek bir yük geleceği incelenmesi gereken önemli bir husustur. EA'lar hareketli yükler olduğundan dolayı; şebeke bağlantı noktaları, şarj yöntemleri farklı olabileceğinden şebekeden çektikleri güç seviyesi, batarya tüketimine ve katedilen mesafeye bağlı olarak şarj süreleri ve şebekeye bağlantı zamanları çokça değişkendir. Dolayısıyla EA'ların getireceği şarj yüklerinin şebekeye olan etkileri araştırılırken analizler sonuçlarını mümkün olduğunca gerçeğe yaklaştırmak için bu değişkenler rastlantısal süreçler içerisinde değerlendirilmelidir. Tezin ilk kısmında genel bir giriş yapılmış ve konuyla ilgili literatürdeki çalışmalara yer verilmiştir. İkinci bölümde EA tiplerine ve şarj teknolojileri ilişkin genel bilgiler verilmiş, dünya genelindeki EA gelişim tahminleri ve teşviklere yer verilmiştir. Sonrasında EA ve şarj istasyonları Türkiye özelinde ele alınmış, bu kapsamda satışı yapılmış yaklaşık EA sayısı ile kurulan şarj istasyonlarının bölgelere göre dağılımı verilmiş, mevzuat ve teşviklere değinilmiştir. EA'ların şekebeye etkilerini incelemek üzere kullanılacak yöntem ve modelleme üçüncü bölümde verilmiştir. Çalışmanın temelini oluşturan bu bölümde öncelikle şebeke baz modelini oluşturan parametrelerden bahsedilmiş, ileri – geri süpürme yöntemine dayanan yük akışı analizinin denklemleri ve akış şeması verilmiş, sürücü davranışları veri kümesindeki dağılımların kantil fonksiyonuna nasıl dönüştürüleceği anlatılmıştır. Ardından tüm deterministik verileri ve kantil fonksiyonunun çıktısı olan raslantısal değişkenleri içeren, bütün sürecin işletileceği Monte Carlo simülasyonunun genel yapısı ve akış şeması verilmiştir. Çalışmanın dördüncü bölümünde EA'ların şebekeye etkisini incelemek üzere bir konut sitesi pilot bölge olarak seçilmiştir. Büyük ölçüde gerçek verilere dayanan bu örnek uygulamada EA'ların şebekeye olan etkisi gerilim profili, transformatörlerin yüklenmeleri, hat kayıpları ve gerilim dengesizliği ve EA eş zamanlılığı başlıkları altında incelenmiş, olasılıksal birtakım çıktılar elde edilmiş ve sonuçlar yorumlanmıştır. Son bölümde ise çalışma özetlenmiş ve genel bir değerlendirmesi yapılmıştır.