ENERJİDE GÜVENİRLİK DEĞERLENDİRMESİ VE İSTATİSTİKLERİ HAKKINDA

ENERJİDE GÜVENİLİRLİK DEĞERLENDİRMESİ VE İSTATİSTİKLERİ HAKKINDA

Y.Doç.Dr. Mehmet Şahinoğlu, Elk.Y.Müh.

ODTÜ İstatistik Bölümü, Ankara

Türkiye'mizde ve dünyada, çağdaş bir elektrik enerji enterkonnekte şebekenin görevi, müşteri yükünü en ekonomik biçimde karşılayabilmek, mühendis ve tek nokratı düşündüren konular olan enerjinin süreklilik ve kalitesini planlanan ölçüde temin etmektir. 1902 yılında Avrupa'da yurdumuza 40 yıl gecikme ile ula şan ve Tarsus'da yanan ilk ampulden hu yana, yurt kalkınması ile doğru orantılı olarak büyüyen elektrik enerjisinin son zamanlardaki dünya enerji bunalımına koşut (paralel) olarak üretimi, iletim ve dağıtımındaki güvenilirlik derecesi stratejik duyarlılık kazanmıştır. Diğer ülkelerde genellikle her on yılda 2 kat büyüme ye karşılık, Türkiye'de bu 3 kata ulaşmaktadır. Ener ji güvenilirliğine artan ilgi özellikle aşağıdaki şu et kenlere dayanır:

1 Elektirik enerjisine her geçen gün daha çok gerek sinme duyan müşteri birikimine (potansiye) kali teli hizmet sunma ve hizmetin güvenilirliğini hesap layabilme yükümlülüğü,

2 Geleceğin ağır şebeke yüklerini karşılayabilmek

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 29 7 298

için gereken yeni şebeke tasarımlarının güvenilirlik ölçütünün (kriter) önceden saptanarak, bu öngörü len güvenilirlik derecesi çizgisinde yurt ekonomisi ne uygun tesis planlaması yapılması zorunluluğu, 3 Güvenilir olmayan enerji miktarının şimdiki ve ileri deki yıllar için hesaplanarak tahmin edilip yurt ekonomisine ve kurumun kasasına vereceği zarar ve mali portrenin planlamada göz önünde tutulması

GEÇMİŞ UYGULAMALAR

Geçmişteki uygulamada, önerilen yeni şebekelerin gü venilirliği o zamana değin kurulmuş işletmelerden toplanmış bilgi ve tecrübeye dayanarak kalıplaşmış bazı aritmetik denklemlere başvurularak hesaplanmış. Kalkınmakta olan bazı ülkelerde ise güvenilirlik hiç hesaplanmıyor. Ancak modern istatistik tahmin ve mühendislik yöntemlerinin geliştirilmesi ile sistemle rin güvenilirliğini hesaplama ve geçmişi işleyip gelece ğe tahminlerde bulunmak artık fantazi değil gereksin me durumuna gelmiş. Ayrıca bugün dünya üzerinde güvenilirlik etüdleri bigisayarlardan uzay kapsüllerine ve balistik füzelere, telefon sistemlerinden otomobil fabrikalarına ve hatta suni kalp cihazlarından televiz yon aygıtlarına kadar girmiştir.14

Güvenilirlik, bir sistem veya şebekenin tanımlanan gö revini belirli bir zaman aralığı içinde başarma ihtimali olup sayısal bir özelliğe sahiptir. Ne yazık ki çoğun lukla yanlış yorumlanarak her nedense sıfat niteliğin de, dar bir çerçevede ele alınır. Şöyleki "güvenilir", "güvenilmez" veya "idare eder" sıfatları konuşmada bir nebzecik işe yarasa bile sistem eniyilemesi (opti mizasyon) ve maliyet değerlendirmesi konu olunca tü müyle aciz ve yetersiz kalır. Bizde böyle bir yanlış yaklaşımın başlıca nedenleri, enerji şebekesinden amaçlı ve tutarlı güvenilirlik istatistiği arıza verileri toplama alışkanlığının olmaması, uygun matematiksel analiz modellerinin aranmaması ve en belirgini ise sa yısal bir değerlendirmeye gerek olmadığı kanısı ile "nasılolsa güvenilmez" ümitsizlik ve kötümserliği dir.2.3.4

Ancak, dünyadaki enerji kurumları artık şebekenin planlaması, üretim, iletim ve işletme aşamalarındaki doğal kaynak, çevreve maliyet kısıtlamalarının rahat sız edici etkilerinin bilincine varmışlar ve en az yatı rımla en güveniliri aramaya koyulmuşlardır. Örneğin, A.B.D. gibi enerji üretim güvenilirliği çok üst düzeyde yüzde yüze yakın seyreden bir ülkede bile (A.B.D.'de 10 senede 1 günlük yük kaybı, yani yüzde 99,9 güveni lirlik hedef alınır) son yıllardaki enerji krizinden do

ğan tasarruf seferberliğinin en belirgin yansıması, bu ülkenin Enerji Bakanlığı ve EDRI Elektirik Enerjisi Araştırma Kurumu'nun ortaklaşa güvenilirlik proje lerine ayırdığı milyonları bulan fonlarıdır. Türkiye' mizde 5200 MW'ı bulan kurulu güç ve 28 milyar kW saatlik enerji potansiyelinin acaba güvenilirlik etüdü niçin yapılmasın? Demek ki güvenilirftk hesaplaması şebekenin üretim ve iletim öğelerinin istatistik geçmi şinden yararlanılarak yapılan, mühendislik ve ekono mi gerçeklerini kullanan bir tahmin yöntemi ve plan lamanın doğal unsurudur. İleriye dönük bir düşünce disiplinini hedef aldığından, şebekenin işletmeye açı lacak şifada veya açıldıktan sonra yama niteliğinde ek lenmesi görünür yarar sağlamaz, hatıradan öte değer taşımaz. Türkiye'de örneğin 1985 yılına ait yük tah mini (yük akışı yöntemiyle) ve stabilite ile kısa devre etüdleri yapılıyor da bunun mantıki bir uzantısı olan, örneğin 1985 yılı hizmet güvenilirliği tahminine niçin dokunulmuyor? Halbuki, yurdumuzda geçmiş her hangi bir yıla ait,'örneğin 1980 yılının güvenilirlik en deksi olarak, o yıl zarfında harcanan kW saat enerji nin harcanması gereken toplam kw saat enerjiye bö lünmesiyle bulunan bir "verimlilik" katsayısı ile yetin mekteyiz, geleceğe ait güvenilirlik tahminleri yapmak şöyle dursun. Ayrıca, çoğu kez, yedek tesis planlama sı yapmayan ve ihtiyat birimler bulundurmayan şebe kelerin verimliliği artsa bile güvenilirliğinin yerinde saydığı tecrübelerle saptanmış.1} . 4 . 5 . '

GELECEKTEKİ UFUKLAR

Türkiye'mizdeki gurur verici enerji büyümesinin ger çekleştiren devlet (T.E.K.) ve özel sektör (Kepez, Çukurova, vb) Kurumlarının, şimdi de güvenilirlik etüdlerini amaç edinmeleri temennimizdir. Geleceğe dönük beş veya on yıllık planlamalarında, örneğin yük tahmin ve stabilite raporları gibi, güvenilirlik tah minlerini de, bu ülkenin vatandaşları olup gerekli "know how" ve yetenek için yıllarını veren modern istatistikçi mühendis ve ekonomist teknokrat kadrosu ile Avrupa'nın 40 yıl önümüze geçmesini bekleme den başlatmaları, sanayide patlama yapmaya hazır Türkiye'ye yakışır bir adım olacaktır.

Bu yazıyı bir örnek sunarak bitirmek toparlayıcı ola cağından aşağıdaki basitleştirilmiş enerji üretim sis temini birlikte inceleyelim: Mevcut istatistik verilere göre ortalama 5 saatte bir arıza ayapan (arıza oranı 0.2/ saat) ve her arızasının ortalama bir saatte onarıldığı (onarım oranı 1/saat) ve her biri 5 MW net kapasitede olan 15 santraldân oluşan, örneğin, 1984 yılı için planlanmış küçük bir üretim şebekesini alalım. Yine, örneğin, 1984 yılının ilk 20 saatlik yük tahminine göre taleb şöyle olmuş olsun: 1 ila 4 saatler arası 46 MW, 4 ila 20 saatler arası 50 MW. Bu üretim şebekesi

ELEKTRtK MÜHENDİSLİĞİ 297 • 298

SI

nin, 1984 yılının ilk 20 saatlik zaman aralığındaki yük tahminine göre vereceği güvenilirlik nedir? Ya pılan z modelleme ve hesaplar sonucu en yaygın bir endeks olan "beklenen yük kaybı" 7.31 saat yani yüzde 37'lik güvenilmezlik veya yüzde 63'lük bir gü venilirlik elde edilir. Ayni 20 saatlik zaman aralığı içinde diğer kullanışlı bir endeks olan "beklenen ener ji kaybı" 34 MW saat olarak hesaplanır. Bu cins bir çalışmaya, üretim birimlerinin başlatma arızası olası lıkları, arıza ertelemeleri ve ateşleme gecikmeleri ile birbirleri arasındaki bağımlılık vb. gibi işletme gerçek leri de katılabilir.7 8 9

Ayrıca, sözü geçen üretim şebekesinin arıza ve onarım oranları, sabit birer ortalama değer olarak değil de, data yetersizliği yüzünden istatistiksel hata miktarı mevcut birer rassal değişken olarak alınırsa sonuçta yük kaybı 6,76 saat ortalaması ve 2,95 saat kare var yantı olan bir ihtimal dağılımı arzeder. Enerji kaybı ise 43,47 MW saat ortalaması ve 256 MW saat kare varyansı olan ihtimal dağılımını verir. 1 0 , 1 2 , 1 3 İlk deterministik ve sonraki istatistik yaklaşımlar sonucu şebekenin kasasına ve yurt ekonomisine mal olan zarar portresi mühendislik ekonomisi hesaplarına göre bulunabilir. Bu adımı "ne tip bir yatırım yapar sak, o yıla ait güvenilirlik endekslerini ve mali portre mizi iyiye götürürürz" sorusu ve dolayısıyla ilgili plan lama çalışması izler.

Devlet ve özel sanayi kuruluşlarında gerek enerji, ge rek elektronik ve gerekse diğer üretim dallarında gü venilirlik kavramnın yerleştirilip niceliksel (kantita tif) özelliğe kavuşturulması, dolayısıyla mevcut sis temin güvenilirlik endekslerinin hesaplanması, gele ceğe tahmini ve sistemin daha güvenilir olması yolun da planlama hedefi insan gücüne bağlıdır. Bu insan gücünün yetişmesi, üniversitelerdeki yükseköğretimin güvenilirlik bilincini işlemesi ve istatistik disiplinini gerek teorik gerek fiziksel bilimlere uygulamada layık olduğu düzeyde önemsemesi ile kabildir.11 Bu sevi yede ders ve proje çalışmaları Ankara O.D.T.Ü kam pusunda yapılmaya başlanmıştır.

KAYNAKLAR

1. Mehmet Şahinoğlu, "Use of Markov Modeling in Povver System Reliability Studies", Master of Science Disserta tion. University of Machester Institute of Science and Technology, England, October 1975.

2. Mehmet Şahinoğlu, "Güvenilirlik Çalışması Yedek Tesis Değerlendirmesi" (Title; Reliability Study: Spare Plant Assessment) TEK Planlama ve Koordinasyon Dairesi, Yayın No: 22, Mayıs 1976

3. Mehmet Şahinoğlu, "A Basic Reliability Study in Electric Povver Systems" (Başlık; Enerji Sistemlerinde Jemel Güvenilirlik Çalışması) TEK Planlama ve Koordinasyon Dairesi Yayın No: 23, Haziran 1976.

4. Mehmet Şahinoğlu, "380 kv. İletim Sistemlerinde Güveni lirlik Değerlendirmesi Çahşmaları 1975 76" (Title; Reli ability Evaluation Studies in 380 kv. Transmission System). TEK Planlama ve Koordinasyon Dairesi, Yayın No: 24, Temmuz 1976.

5. Mehmet Şahinoğlu, "Elektrik Enerji Sistemleri Güvenilir lik Değerlendirmesinde Markov Modeli Uygulaması ve Verilerin İstatistiksel Çözümlemesi", Applied Statistics Department, M.E.T.U. \Vorking Paper No: 2, Proceedings for the 3 National Operations Research Conference, İzmir, May 1977.

6. Mehmet Şahinoğlu, "Use of Markov Modeling and Statis tical Data Analysi in Spare Plant Assessment and Its Eco nomic Evaluation" Proceedings for the Seventh Annual Reliability Conference on Reliability for the Electric Povver. Industry, Madison, VVisconsin, USA, pp 269 278, April 1980.

7. A.D. Patton, C. Singh, M. Şahinoğlu, "Operating Conside rations in Generation Reliability Modeling An Analytical Approach", IEEE Winter Povver Mecting Paper No. A80 082 8, Nevv York, N. Y. U.S.a. Feb 3 8 1980; IEEE Transactions on Povver Apparatus and Systems, Vol. 100, pp 2656 63, May 1981.

8. A.K. Ayoub, M. Şahinoğlu, A More Realistic Reliability Index for Generating Systems," Proceedings of the Ele venth Annual Pittsburg Conference on Modeling and Si mulation, Pittsburgh, Pennsylvania, USA; pp. 851 856, May 1 2 1980.

9. C. Singh, M. Şahinoğlu, "On Netvvork Methods in Trans missi and Distribution Netvvorks" Proceedings of the Eighth Annual Reliability conferecne on Reliability for the Electric Povver Industry, Portland, Oregon, USA, pp. 183 189, April 1981.

10. Mehmet Şahinoğlu, "Statistical Inference on Reliability Performance for Electric Povver Generation Systems", Ph. D. (Doctor of Philosophy) Sissertation, The Insti tute of Statistics, College of Science, Texas A M Univer sity, College Station, 77843, Texas, U.S.A.: December 1981

11. Mehmet Şahinoğlu, "Türkiye'de Enerjinin Güvenilirliği Hesaplanmalı ve Planlanmalıdır", Elektrik Mühendisliğin de Eğitim ve Araştırma Ulusal Sempozyumu, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon Temmuz 9 11, 1982.

12. Mehmet Şahinoğlu, M. T. Longnecker, L. J. Ringer, c. Singh, A. K. Ayoub, "Probability Distribution Functions for Generation Reliability Indices Analytical Approach". 82 JPGC 603 9, IEEE PES/ASME/ASCE Joint Povver Generation Conference, Hilton Hotel, Denver, Colorado, October 17 21, To be soon published in PAS (IEEE Transactions on Povver Apparatus and Systems) (June, 1983 issue)

13. Mehmet Şahinoğlu, "On Central Limit Theory for Statis tically Non Independent and Non Identical Variables", M.E.T.U. Studies in Development (ODTÜ Gelişme Dergi) si) Applied Statistics: Special Issue 1982.

14. IEEE Spectrum, October 1981.

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 297 298 82