ELEKTRİK ENERJİSİ TASARRUFUNDA TEKNİK ÖNERİLER

Nihat TAY LAN

Enerji tasarrufu hakkında uzun yıllardan beri toplantılar da, kongrelerde, sempozyumlarda hep bilinen önlemler ele alındı ve irdelendi. Ancak elektrik enerjisi işletilme sindeki kayıplar ve elektrik enerjisi üretimindeki yatırım larda hataların neye mal olduğu daima gözden kaçtı. Sa dece elektrik enerjisi üretiminde çağdaş teknolojiye uya mamamız; santraller, trafo merkezleri ve iletim hatları ve diğer tesislerde yurdumuza yüz milyarlar mertebesinde ekstra tesis, faiz, amortisman masraftan doğurduğu aşa ğıda belirtilecektir. Enerjiyi üreten ve işleten müessese olarak en kolay yol bu (munzam) ilave masrafları kilovat saat olarak tarife faturasına eklemektir ve yıllardır yur dumuzda bu konu bu yolla çözümlenmektedir. Alıcı (müşteri) olarak özel teşebbüs, Etibank, T K İ , Şeker şir ketleri, Azot tesisleri, Çimento sanayii, Seka, ordu tesis leri ve diğer birçok müşteriler enerji kilovat saat fiyatına giren girdileri üretici ve işletici TE K nezdinde irdeleye cek bir komisyon kurabilselerdi bu gün elekt rik enerjisi çok daha düşük f iyatla müşteriye arz edilebilirdi. Bu yön de Korkut Ongün'ün Elk. Müh. 1 9 6 0 3 9 4 0 sayılı dergi sindeki "Elektrik Enerjisi Kullanılmasındaki Kasyonali zasyon" konulu yazısı hâlâ okunmaya değer olup geç de olsa belirtilen önerilerin bir an evvel uygulanmasının zo runlu olduğu görülmektedir.

Aşağıda belirtildiği gibi elektrik enerjisi tasarrufunu :

A İşletmede tasarruf, B Üretimde tasarruf, diye iki bölümde ele alacağız. Burada birinci aşamada yer alan işletmedeki tasarruf, elektrik enerjisi üretici santrallardaki tasarrufu belirtmekte olup çok geniş bir konuyu kapsadığı için bu sahaya değinmeyeceğiz.

Aslında sadece yol alırken f öil oil yakılması, normal ça lışmada linyit kömürü yakılması için dizayn edilen ter mik santralların hemen hemen bütün yirmidört saat foil oil yakması ve bunun bir yıllık maliyeti akıl almaz ölçü lere girmektedir. Isı bilançosu ve verimi önceden belli bir değere hesaplanıp sonra geriye giderek kömür girişine kadar rentabilite hesapları yapılan termik santrallar için

enerji tasarrufu konusuna girmek komik olur. Halbuki şebekelerimizin gittikçe genişlemesi üretim kapasiteleri nin büyümesi, yakıt ve işçilik ücretlerinin artması santral ların en ekonomik şekilde işletilmesini zorunlu kılmakta dır. Santrallar üzerindeki yükler, yakıt masrafı ve şebeke kayıpları minimum olacak şekilde tevzii edilebilirse yıl lık tasarrufun milyarlar mertebesinde olacağı görülür. Bu nun için bütün santralların ısı sarf a r t ım eğrileri (Isı sarf eğrisinin türevi) santralların değişen işletme şartlarına göre (devredeki gruplar, revizyonlar v.s.) sık sık hesapla nıp santralların optimum yüklenmesi sağlanmalıdır. Gün lük yük eğrisine göre yapılacak optimum yüklenme sabah yükleri ile akşam pik (puant) yüklerine göre ayrı ayrı be lirlenmelidir, aksi halde sabahki optimum yük dağıtma ile elde edilen kazanç, akşamki kayıpların doğuracağı za rarla ortadan kalkar. Bu sebepten günlük yük eğrisini ta kip ederek saatlik optimum yük dağılımını hesaplamak en uygun yol olacaktır. Bu esnada kayıpları minimuma indirmede büyük rolü olan, işletme kararlılığını sağlayan, gerilim dağılım nivosunu düzenleyen optimum reaktif güç dağılımını da hesaplamak gerekir.

Üretim merkezlerindeki enerji ekonomisiyle ilgili konu ancak bu alanda deneyimli uzman bir ekip tarafından ele alınmalıdır. Bu yazıda öncelikle şebeke kayıpları yönün den enerji tasarrufu ele alındı.

A İŞLETMEDE TASARRUF

Bilindiği gibi enerji nakil hatlarında ve dağıtımda yıllık toplam işletme masrafları iki kısımdan oluşmaktadır :

1 Y ıllık işletme masrafları 2 Kayıplara karşılık gelen yıllık masraflar

Hat kayıplarını minimuma indirmek için hesaplar sonucu uygun gerilim, uygun akım yoğunluğu, uygun kesit ve uygun güç değerlerini belirlemek gerekir. (Bak: E M O 1 9 5 9 sayı 2 7 , 28 Hüsamettin Ateş: Y üksek gerilim hava hatlarında enerji ekonomisi) Ancak yurdumuzda şebeke lerin büyük bir kısmı kurulmuş ve dolayısıyla gerilim ve kesitler belirlenmiş olduğu için kurulmuş bu şebekeler

de kayıpları minimuma indirme yolları sınırlı bir durum arz edecektir. Ancak burada mevcut gerilim değerleri de ğiştirilmeden minimum kayıpları veren akım yoğunluğu, kesit ve güç değeri yeniden hesaplanmalı ve kurulu şebe ke buna göre mümkün olabildiği oranda değiştirilmelidir, örneğin minimum kayıp gücü halen taşınan gücün altın da ise hattı çift devreye çevirmek uygun bir yol olabilir, önceden belirlenmiş zorlayıcı değerler gerilim, taşınan güçlere göre kesit tayini için devre adedi, izalatör tip ve adedi, direk tipi ve seri kondansatör ve diğer faktörler hesaba katılarak yıllık kayıpları minimuma indirilen bir işletme şekli elde edilmiş olur.

Y eni kurulmakta olan şebekelerde bu hesapların titizlik le yapılması gerekir. Çok yüksek gerilimli hatlarda kayıp ları minimuma indirecek kesit için yukarıda belirtilen he saplara Korona kayıp faktörünü de eklemek gerekir. Y ılda 1000 saat civarında yağmur yağan bölgelerde 3 8 0 kV luk şebeke için korona kayıplarına göre kesit ve demet iletken sayısı belirlemek şarttır.

Bilindiği gibi hatlarda ve kablolarda kayıplar akımın ka resi ile orantılıdır. O halde gerilim yüksek tutulup kesit de uygun seçilirse kayıplar minimuma iner. Bunun için örneğin yurdumuzda zaten büyük hata işlenerek çok ka demelendirilmiş olan orta gerilim şebekelerinde (6,3 1 0 15 30 31,5 33 34,5 kV) küçük kademeleri (6,3 1 0 15 k V) zamanla ortadan kaldırıp, hepsinin yerine 34,5 kV'u ikame etmek kayıp yönünden büyük tasarruf sağlayacak tır.

Kayıplar aynı zamanda yük faktörüne ve güç faktörüne de bağlıdırlar. Bu sebepten işletmecinin yük eğrisini çok iyi düzenlemesi gerekir. Güç faktöründe bire yakın bir değere getirmelidir. Kayıplar için güç faktörünün düzel tilmesi yani reaktif gücün karşılanmasında en pratik ara cın kondansatör olduğunu biliyoruz.

Bu kompanzasyonu üç grupta toplamak mümkündür :

a Alıcılarda kompanzasyon b indirici trafo merkezlerindeki reaktif kayıpları karşı layacak kompanzasyon c iletim hatlarının reaktif kayıplarını karşılayacak kompanzasyon.

TEK halen alıcılara kondansatör ilavesi zorunluluğunu getirmekle kayıplar yönünde geç de olsa büyük bir tedbir almış oldu. Ancak memleketimizde tüketicilerin trafola rını kendi çektikleri gücün çok üstünde seçmeleri ve kon dansatör batarya değerinin bu gücü göre seçilmesi, bil hassa reaktif güç rölelerinin arızalanması halinde (Male sef yerli rölelerin % 70'i arıza yapıyor) aşın kompanzas yonlar doğurmakta, sayaçları ters çevirerek TEK'e bü yük kayıplara mal olduğu gibi aşın titreşim, harmonik ler, ısınma doğurarak alıcının cihazlarının arızalanmasına ve kayıplara sebep olmaktadır. Binlerce dağıtım trafo merkezinde özellikle gece zayıf yüklerinde bu durumun

oluşmasının TEK'e neye mal olduğu anlaşılabilir. Bu problemin en kısa zamanda çözülmesi gerekir.

İndirici trafo merkezlerindeki trafoların mıknatıslanma ve kaçak reaktans reaktif kayıplarının da şimdiye kadar kompanse edilmemesi yurdumuzda işletmeciliğin ne du rumda olduğunun tipik bir örneğidir. Eğer 100 M VA gü cündeki bir trafo merkezindeki bu kayıpların 14 M VAR civarında olduğu ve memleketimizde bu merkezlerin bin ler mertebesinde olduğu nazarı itibare alınırsa işin önemi kendiliğinden ortaya çıkar. Bu tarz çözüm sadece reaktif kayıpları değil, sanayi bölgelerini ve şehirleri besleyen in dirici merkezlere gelen gerilimdeki düşme ve salınımları da kompanze edecektir.

İletim hatlarının reaktif kayıplarını karşılamak ve dolayı sıyla gerilim ayarını, yük akışını sağlamak ve bilhassa arı za ve kısmi devreden çıkmalarda işletmeyi ayakta tuta cak stabil bir yük dağılımını temin etmek için şebekenin hesapla seçilecek uygun yerlerine statik veya senkron kompanzatörler ve zayıf yükte çalışmalara karşı bobin ler yerleştirmek gerekir. Bazı özel hallerde kompansatör le reaktans bobininin birlikte çalışması gerektiği de göz den kaçmamalıdır. Senkron kompansatörier yukarıda be lirtildiği gibi aynı zamanda dinamik stabiliteyi de düzel tirleri Bunun için şimdilik Karakaya ve Atatürk Barajları generatörlerinin bir kısmının istenildiği zaman senkron kompansatör olarak çalışacak şekilde dizayn edilmesi geç kalınmadan temin edilmelidir. Bilhassa geceleri zayıf yüklerde hatlar kapazitif çalışır, bu esnada yük az oldu ğu için generatörlerin bir kısmı devreden çıkarılmıştır, işletmede kalan generatörler ise bu kapazitif yükü karşı layamayabilir. Bu durumda hidrolik santrallarda uygun miktarda generatörü senkron kompansatör olarak çalış tırmak gerekir. Batı şebekeleri için bilhassa en büyük sa nayi merkezini teşkil eden istanbul'un ihtiyacı olan^eak t if gücü Anadolu enterkonekte şebekesinden veya Anbar lıdan (Santralın güç faktörü çok düşer 0,6 0,7) ya da Bul garistan'dan temin etmek çok büyük kayıplara sebep olup, en uygun kayıplı çözüm istanbul barajlarına yeterli büyüklükte bir senkron kompansatör bağlamaktır. Ümra niye'deki senkron kompansatör bu günün ihtiyacı için yok denecek kadar küçük kalmaktadır. Aynı sistem diğer büyük sanayi illerimiz olan izmir, Ankara, Bursa için de düşünülebilir.

Enerji ekonomisinde çok yakın bir gelecekte ülkemizde trilyonlar mertebesinde masraflara mal olacak ve uzun süreli enerji kesintilerine sebebiyet verecek çok önemli bir probleme de değinmek gerekir. Şebekelerimizin ku ruluş yıllan 1950'lerde planlayıcıların dar görüşlülükleri sebebi ile 1 54kV'luk şebekelerde kısa devre kesme gücü 250 0 MVA alındı ve disjonktörler (kesiciler) buna göre seçildi. Bu durum 1970'in ortalarına kadar devam etti. Kısa devre açmaları sırasında 1974'den itibaren tek tük disjonktör patlamaları görülmeye başladı, zira birçok santralın devreye girmesi ile 1 5 4 k V şebeke kısa devre

kesme gücü büyümüştü, şimdi ise Karakaya, Atatürk Ba rajı, Elbistan ve diğer santralların devreye girmesi ile bu güç 5000 MVA'nın üzerine çıkacaktır. Sonuç olarak her kısa devre sırasında disjonktörler teker teker patlayacak lar ve yerine yenisi konması uzun zaman alacak, alıcı enerji kesintisine uğrayacaktır. Bu problemi çözmek için iki yol gözükmektedir. Ya trilyonlar mertebesinde mas raflara girerek binlerce disjonktörü peyder pey yüksek kısa devre kesme güçlüleri ile değiştirmek ya da şebeke lerin kısa devre akımlarını bir takım tedbirlerle küçült mektir. Birinci yol şimdilik düşünülmez dahi, ikinci yol olan kısa devre akımlarının sınırlandırılması için kısa dev re anında gerilimi düşürmek veya empedansları yükselt mek yegane çözümdür. Birinci şık stabilite dolayısıyla yapılmaz, ikinci şık için ise ünitelerin kendi empedansla rını büyütmek yerine şebekenin kısa devrede empedansı büyük olacak şekilde enterkonnekte şebeke düzenlemesi gruplamalar yapılması veya uygun yerlere reaktans bo binleri sokulması, mümkünse trafolarda tersiyer sargıların kaldırılması gerekir. Bu önlemlerin alınması kurulmuş ve çok karışık olan şebekelerimizde pratik olarak imkansız gibidir.

Kısa devreler en çok (% 80 civarında) faz Toprak kısa devresi olarak meydana geldiği için akımı düşürme amacı ile memleketimizde nötrü efektif (direkt) topraklı trafo ların nötrünü empedans veya direnç üzerinden toprakla mak tavsiye edilmektedir. Bu durumda izalasyon seviyesi (BİL) değişeceğinden binlerce trafo merkezindeki bütün parafudurlar değişecek, bütün kısa devre akımlarına göre seçilmiş ayar akımı sınırları yüksek olan röle ve akım tra folarının değişmesi icab edecektir. Ayrıca BİL seviyesi değişmesinden dolayı belkide şebekedeki kablolarıda değiştirmek gerekebilir. Bu değişmeler bu günkü rayiç lerle yine trilyonlara varan masraflara sebep olabilir. Ay nı değişmeler orta gerilim şebekelerinde daha büyük masraflara sebep olacağı gibi, birde kurulmuş trafo bina larına bu direnç veya bobini yerleştirmek için yüz binin üstünde binayı yıkıp, yeniden inşaa etmek gerekecektir.

Bu problemi çözmek için yapılması gereken işlemler:

1 380kV, 154kV ve 66kV trafo merkezlerinde bir tra fonun haricinde diğer trafoların efektif nötürünün kal dırılması,

2 Bundan böyle şebekeye bağlanacak trafoların reak tansını büyük seçmek,

3 154kV trafo merkezlerinde baraları iki kısma ayırarak nötür reaktörleri bağlamak; icabederse bu şebekelere seri reaktör ilaveleri de düşünülebilir.

Yukarıda 1 ve 2 maddelerindeki tedbirler 380kV ve 154kV şebekelerin endüktans ve kapasitans değerlerini değiştireceğinden, bilhassa 38OkV şebekelerdeki kis ke sicilerin kontaklarındaki paralel direnç değerlerinin yeni den hesaplanması, tekrar kapamada (Reclosing) ark dei

yanizasyon zamanlarının değişmesinin etüdünü zorunlu kılacaktır.

B ÜRETİMDE TASARRUF;

Burada Termik ye Hidrolik santralların montajındaki ekonomik tedbirler konunun genişliği dolayısıyle ele alınmayacaktır. Yalnız yatırım masraflarında çok bü yük ekonomi sağlayacak bu konunun EMO önderliğinde uzman elemanlardan oluşmuş bir komisyon tarafından ele alınması çok yararlı olabilir.

Dünyada 1960'larda şebekelerdeki izalasyon seviyesi (BİL) iki kademe düşürülmüş ve böylece şebeke yatı rımlarında büyük tasarruf sağlanmıştır. Aynı yıllardan itibaren memleketimizde de bu kademe düşürülmesi için birçok yayınlar ve teklifler yapılmış (Bak; EMO Nisan 1966 Ramazan Doğramacı; EMO 196 197 Nihat Tay lan Yüksek gerilim Problemleri) fakat maalesef elektrik enerjisi, üretimi ile sorumlu yetkililer cihaz sipariş ve it halatında bu konu ile ilgilenmemişlerdir. Sadece izalas yonu bir kademe düşürmekle ve sadece trafo maliyet lerinde % 19, trafo kayıplarında % 10, trafo empedans larında % 14,8 ve trafo ağırlıklarında % 20 düşme ve bunlara ilaveten parafudur, ölçü trafoları, kesici maliyet leri, pilon ebatları ve izolatör sayıları düşmesi ile sağla nacak ekonomi hesaplanırsa işin önemi ortaya çıkar. İşin affedilmez acı tarafı bu tasarruf 1960'lardan bu yâ na yapılabilirdi ve yılda sadece trafo olarak 15000 adet civarında montaj yapıldığı dikkate alınırsa kaybımızın ne mertebede olabildiği görülebilir. Eğer bundan böy le 154kV şebekeler için BİL seviyesi 750kV yerine iki kademe düşürülmüş 550kV (AEG firması 1957'de Tunçbilek termik santralı çıkış trafolarını deneme için 550kV BİL seviyeli yapmıştı, trafolar bu güne ka dar hiç bir arıza göstermeden çalışmaktadır). BİL sevi yesi ile 380kV şebekeler ise 1425kV BİL seviyesi yerine iki kademe düşürülmüş 925kV BİL seviyesi ile dizayn edilerek cihazları buna göre sipariş edilirse tasarruf edile cek yatırım masraflarının ve bunların faiz ve amortisman düşmelerinin ne büyük mertebelere varabileceği kolayca görülebilir.

Şebekelerimizin iletim hatları genellikle hala (154kV ve 380kV) 1950 1970 arası bir italyan firmasının aşırı kâr etmek amacı ile çift koruma iletkenli çatal direk ile yap tığı dizayn sistemi ile yapılmaktadır; mağnetik üflemeli modern prafudurların, çok kısa açma zamanlı röle ve kesicilerin imal edildiği bu dönemlerde çift koruma hat tına hiç gerek olmadığı, dış memleketlerdeki gibi çam ti pi direklerin ve tek korunma telinin yeterli olduğu elekt rik mühendisliği camiasınca bilindiği halde, bu konuda yetkili kimselerin yeni bir projelendirme külfetlerinden kaçınma çabaları karşısında enerji ekonomisinden bah setmek komik olmaktadır. Yapılmakta olan ve yapılacak hatların binlerce kilometre olduğu düşünülürse işin öne mi daha iyi anlaşılır.

Memleketimizde bakır üretimi yeterli olmadığı ve dışarı dan bakır ithal ettiğimiz bilinen bir gerçektir; buna gö re:

1 imal edilen bakır damarlı kablolar yerine aliminyum damarlı kablo imal etmek (örneğin diğerleri meya nında Avusturya tamamen Al damarlı kablo imal etmektedir).

2 Her yıl monte edilen binlerce trafo merkezlerinde ba kır bara yerine Al bara kullanmak (sadece her yıl 3000 civarında kurulan köy kasaba ve il trafo binala rında her biri için ortalama 200 kgr. bakır bara kulla nılmaktadır).

3 Barajlar, termik santrallar, büyük salt sahaları, fabri kalar ve benzeri tesislerde toprağa gömülen toprak lama ızgarası bakır iletkenin yerine aynı kesite tekabül eden Al iletken kullanmak, büyük tasarruf sağlayacaktır. Sadece Elbistan Termik Santralı sahasının altına Polonyalılarca döşenen bakır topraklama ağının maliyeti gözönüne alınırsa işin önemi ortaya çıkar.

Dış memleketlerde çoktan kaldırıldığı halde memleke timizde köy, kasaba ve şehirlerde alçak gerilim şebekele rine parafudur konmaktadır. Memleketimizde hatta alçak gerilim panolarının içine dahi bu parafudurlar monte edilmektedir, aksi halde yetkili mercilerce bu pa nolar kabul edilmemektedir. Yüksek bina ve minareleri ihtiva eden köy ve kasabalarda alçak gerilim hatlarına şimdiye kadar yıldırım düştüğü görülmemiştir. Aynı za manda arıza kaynağı olan bu 380 Volt parafudurların kaldırılması ile yapılacak yıllık yatırım masrafı tasarru funun ne boyutlarda olduğu TEK'in ve diğer müessesele rin yıllık siparişlerinden görülebilir. Bu parafudurlar or ta gerilim şebekelerinde de yanlış sipariş edilmektedir.

Şöyleki:

Bizim şebekelerimiz direkt (effektif) topraklı şebekeler dir, dolayısıyla toprak kat sayısı & = 0,8'in altındadır.

Buna göre parafudur nominal gerilimi:

Upn = 0,8 Upn = 1 , 1 0 . 0 , 8 . Un =

1,10. Ur

0,88 . 34,5 = 30,36kV * 30kV Bu formülden orta gerilim şebekelerimiz için en uygun nominal parafudur gerilimi (Upn) olarak 30kV çıkmak tadır, oysa bu şebekeler için ihaleye çıkan müesseseler genellikle 35 36kV parafudur nominal gerilimi istemek tedirler. Bu da hem fazla bir ödemeyi (büyük bir kısmı döviz) gerektirmekte, hem de anılan parafudurun tam koruma yapamayacağını göstermektedir.Ayrıca orta geri lim dağıtım trafolarında trafolara bağlanan 3 adet para fudur trafo maliyetinin 1/3 oranına yaklaşmaktadır. Bu trafolar yılda % 0,03 oranında arıza yapmaktadır. Bu trafolardan 40 50 63 100 160 250 kVA'ya kadar güç lerde koruyucu parafudur ilave edilmesi yıllık yıldırımla rın sebep olduğu arızalı trafo miktarı binde biri geçme yecektir. Yıllık arızalanan (yıldırımdan dolayı) trafoların tamir masrafları ile bu trafolara bağlanacak parafudur si pariş masraflarının karşılaştırılması büyük bir tasarrufu gösterecektir.

Köy, kasaba ve sanayi bölgelerinde uygun durumlarda beton veya demir direkli hat yerine kablo ile enerji ile tilmesi büyük tasarruf sağlamaktadır; yıllık işletme, arıza ve bakım masrafları hiç yok denecek kadar az olan kablo iletiminin ömrü 50 yıldır ve demir veya beton direk ih tiva eden, dolayısıyla demir, izalatör, iletken, çimento, kum masrafları ve ömrü 20 yıl civarında olan şebekelere nazaran daha ucuzdur. Ancak ağaç direkli alçakgerilim şebekelerinde kablo döşenmesi yatırım masrafı yönün den başa baş olmaktadır, fakat burada da işletme ömrü ve bakım işçiliği nazarı itibara alınırsa kablo sistemi daha ağır basmaktadır. Buna ilaveten aynı uzaklığa aynı kesit te güç naklinde bakır damarlı kablo % 59 daha fazla, Al damarlı kablo ile % 30 daha fazla güç nakledilmektedir. (Aynı kabul edilir kayıp değerinde).

Sonuç olarak yukarıdan beri belirtilen işletme ve mon tajda alınacak önlemlerde trilyonlar mertebesinde enerji tasarrufu sağlanabilir. Bu önlemler yıllardan beri proble min içinde ve dışında bulunan elektrik mühendisleri ta rafından bilindiği halde neden değerlendirilmemiştir? işte bu husus çok yönlü bir irdeleme konusudur.