Ulusal enerji şebekesine bağlanabilecek optimum rüzgar enerji potansiyelinin belirlenmesi

Fosil enerji kaynaklarının hızla tükenmelerine ek olarak çevreye vermiş oldukları zararlı etkilerin gün geçtikçe artması insanları alternatif enerji kaynağı arayışına yönlendirmektedir. Alternatif enerji kaynakları içinde yenilenebilir ve hızlı kurulum özelliği ile rüzgar enerjisi ön plana çıkmaktadır. Yapılan alansal çalışmalar sonucunda Türkiye'nin rüzgar gücü potansiyelinin 88000 MW olduğu hesaplanmıştır [1]. Ülkemizdeki rüzgar potansiyelinin elektrik enerji şebekesi tarafından kullanılabilir en yüksek değeri ise 13260 MW olarak hesaplanmıştır [2]. Rüzgar gücü potansiyelinin Avrupa ülkelerine kıyasla çok daha büyük oranları yansıttığı yapılan analizler sonucunda tespit edilmiştir. Rüzgar enerjisine ait bu potansiyelin enerji sistemi içerisinde kullanıma geçirilmesi ise yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimi amaçlı kullanımına ilişkin kanunların yürürlüğe girmesi ile ivme kazanmıştır. Rüzgar santrallerin ulusal güç sistemi içereside kullanım oranlarının artması sonucunda şebeke üzerinde rüzgar enerji santrallerine bağlı olumsuz etkilerin de artabileceği yapılan bilimsel çalışmalarla tespit edilmiştir. Oluşabilecek muhtemel olumsuzlukların önüne geçilebilmesi amacıyla rüzgar santrallerin enerji üretimine etkisi olan parametrelerin teknik ve ekonomik açıdan sistematik olarak incelenmesi bir zorunluluk haline gelmiştir. Bu zorunluluk aynı zamanda ülkemizin enerji stratejisi içerisinde rüzgâr enerjisinin toplam üretim içerisindeki payının azami ölçüde yükseltilmesi hedefini de doğrudan etkilemektedir. Rüzgâr enerji santralleri ulusal şebeke üzerinde güvenilir üretim düzeylerinin hem bölgesel hem de ulusal bazda tespit edilmesi gerekmektedir. Teknik kullanılabilir rüzgar enerjisi kapasitenin doğru tespit edilebilmesi ancak tüm güç sistem kısıtlarının ve ilgili bölgelerin rüzgâr verilerinin birlikte değerlendirilmesiyle mümkün olabilmektedir. Böylece rüzgar enerji santralleri ile ilgili stratejileri ve yatırım planları şekillendirilebilecektir. Gerçekleştirilen tez kapsamında öncelikle rüzgar santrallerinin şebeke bağlantısına ait teknik ve ekonomik parametreler tespit edilmiştir. Teknik parametrelerin seçiminde bölgesel meteorolojik verileri, farklı rüzgar santrali teknolojileri, türbin teknolojilerinin kurulacağı kule yükseklik seviyeleri ve şebeke kısıtları dikkate alınmıştır. Ekonomik veriler ise farklı rüzgar santrali teknolojilerin imalat parametrelerine bağlı üretim modelleri, bir santral sahasının kurulumu için gerekli alt yapı maliyetleri, santralin kurulacağı araziye ait maliyetleri ve rüzgar santrallerinin şebeke entegrasyon maliyetleri dikkate alınmıştır. Tespit edilen teknik ve ekonomik parametrelerin birbirleri ile olan ilişkileri sistematik olarak tanıtılmış ve optimizasyon algoritması hazırlanmıştır. Optimizasyon algoritmasının koşturulması sonucunda öncellikle sisteme bağlanabilecek maksimum rüzgar santral sayısı tespit edilmiştir. Bölge içeresindeki baralara bağlanabilecek santral sayıları, birim üretim maliyetleri baz alınarak tanımlanmış ve bölgenin bara bağlantı konfigürasyonlarına bağlı haritalar oluşturulmuştur. Oluşturulan bağlantı konfigürasyonları her bir teknoloji için yeniden hesaplanmıştır. Bağlanabilir rüzgar santralleri, mevcut güç sistemine eklenerek tam sayılı doğrusal programlama ve doğrusal programlama yöntemleri kullanılarak Bender ayrıştırma yöntemine göre optimizasyona tabi tutulmuştur. Optimizasyon sonucunda seçilen çalışma bölgesi için yatırım ve üretim maliyetlerini birlikte değerlendirerek, en uygun bağlantı konfigürasyonu ortaya çıkartılmıştır. Sistemin mevcut durumu göz önünde bulundurularak toplamda bağlanabilecek en ekonomik santral sayısı ve her bir baraya bağlanacak santral sayısı tespit edilmiştir. Tez çalışması kapsamında bir bölgenin rüzgar verisi ve bölgenin enerji iletim sistemlerine ait veriler ışığında belirlenen teknoloji tipine göre her hangi bir bölge için en uygun bağlantı ve yatırım maliyetini belirleyen bir algoritma geliştirilmiş ve sunulmuştur.