2000'LERDE ENERJİ SİSTEMLERİ KADEMELİ DENETİM STRATEJİLERİ

2000fLERDE ENERJİ SİSTEMLERİ KADEMELİ DENETİM STRATEJİLERİ (*)

Yazan : Fred C. Schvveppe Massachusetts Institute of Technology

Çeviren : Osman Sevaioğlu ODTÜ (•) IEEESPECTRUM, Temniuz 1978.

2000'lere doğru enerji kullanımının giderek artması so nucu, endüstriyel, ticari ve diğer türde tüketiciler enerji sistemlerinin işletme ve ekonomisi üzerinde önemli ağır lığa sahip unsurlar haline gelecektir. Yeni enerji üretim, depolama, iletim ve dağıtım yöntemlerinin gelişmesiyle, sistem işletim ilkelerinde birçok temel değişimler ortaya çıkacaktır.

Denetim yöntemleri hızla değişen teknolojik ve toplum sal gereksinimlere göre uyarlanacaktır. Yatırım ve yakıt maliyetleri hızla artmaya devam edecek ve sistemin eko nomik işletim koşulu giderek daha fazla önem kazana caktır. Oluşacak diğer değişimler şunlardır :

Yeni türlerde enerji üretimi, depolama, iletim ve dağı tım sistemleri kurulacaktır. Çevre ve yerleşim kısıtlama ları, tüketici istemleri, sistemin daha güvenilir ve kesinti siz işletilmesini gerektirecektir. Bu nedenlerle, uygulana cak denetim yöntemlerinin giderek karmaşıklaşan işlet me sorunlarını, daha sıkışık ve zor çalışma kısıtlamaları altında çözmeleri gerekecektir.

Gelecekteki sistemlerde tüketicilerin enerji üretiminde ki payları artacaktır. Büyük güçte güneş enerjisi santralla rının devreye girmesiyle, sistemin denetim işlevleri üzeri ne yeni kısıtlamalar konacaktır.

Enerjiye olan her türlü ilgi giderek artacaktır. Enerji alım satım merkezlerinin çalışmaya başlamasıyla, sistem denetim ilkelerinde önemli değişiklikler olacaktır.

— Tüketim genelde hava şartlarına bağlıdır. Güneş enerji si santradan ve rüzgaz türbinlerinin devreye girmesiyle hava şartlarına olan bağlımlılık artacaktır. Çevre ve hava kirlenmesi sorunları daha fazla önem kazanacaktır. Dola yısıyla, çevre ve hava koşullarını izleyen, değerlendiren karmaşık denetim yöntemleri geliştirilecektir. Bu yeni yöntemlerle hava ve çevre koşullarından doğan, fırtına lar, yıldırım düşmeleri gibi, dış etkenlerin istatistiksel öngörüleri yapılacaktır.

— Santrallar, yükler gibi çeşitli sistem birimlerinin elektriksel karakteristikleri üzerinde geniş araştırmalar yapılacak ve bunların, belirli koşullar altında geçerli, ay rıntılı matematiksel modelleri geliştirilecektir. Denetim sistemleri işletim kararlarını bu modellere dayanarak vereceklerdir.

Bilgi işlem ve bilgi iletişimi, çağımızda fiyatları gide rek ucuzlayan birkaç hizmetten birisidir. Bilgi iletişim ağları, mini ve mikrobilgisayar teknolojisi, elektrik enerji sistemlerinin artan ihtiyaçlarına paralel olarak gelişmek tedir. Uygulanacak denetim sistemleri, bu teknoloji geliş melerden geniş ölçüde faydalanacaktır. 2000'lerdeki enerji sistemleri üzerindeki tüm bu öngörü ler, günümüzdeki enerji sistemlerini etkileyen çeşitli un surların gelecekte de artarak devam edeceği fikrine da yanmaktadır. Gelişmelere bakarak gelecekte çok sayıda ve çeşitte bilgisayarlara, algılayıcılara, bilgi iletişim ağla rına dayalı, karmaşık denetim yöntemlerinin uygulanaca ğı kolaylıkta söylenebilir. Gereksinimler artmaktadır, tek nolojik gelişmeler bu gereksinimlere uygulanabilecek dü zeye ulaşmaktadır, uygulamaların maliyeti ise deneyim ler sonucu ortaya çıkacaktır.

Daha şimdiden elektrik enerji sistemleri, insanların kura bildiği en büyük fiziksel sistemler olmuştur. Bu boyutlar daki sistemleri denetleyebilmenin tek yolu, denetim me kanizmasını çeşitli işlevsel düzeylere ayırmaktır. Bu dü zeyler Şekil 1 'de gösterilmiştir. Bunlardan ilki olan 0 dü zeyinde, enerji sistemi, doğrudan yerel denetim eleman (arıyla denetlenmektedir. Bu düzeydeki denetim eleman ları, röleler, hız ve gerilim düzenleyicileri, kazan ateşleyi çileri, termostatlar gibi aletlerden oluşmaktadır.

Daha yukarı denetim düzeylerinde (I, II ve III) denetim ler bilgi işlem ve karar verme yöntemleriyle gerçekleşti rilmektedir. Şekil 2'de bu üst düzey denetim yapısının işlevleri gösterilmiştir.

Düzey O'daki algılayıcılar, çeşitli sistem birimlerinden alınan sinyalleri, denetim parametrelerine göre ayarlan mış yerel denetim elemanlarına gönderirler. Düzey III, işletim üzerinde hiçbir karar vermez. Düzey II işletim hedef ve amaçlarını saptar. Düzey I bu amaçları gerçek leştirebilmek için gerekli denetim parametre değerlerini bulur. Düzey 0 ise bu parametrelere göre ayarlanan yerel denetim aletlerinden sinyaller üretir, gönderir ya da alır.

Düzeyler arası bilgi akışı şöyledir : Düzey I, düzey O'dan ölçüm bilgilerini alarak kurduğu sistem modelini düzey ll'ye gönderir. Düzey I aynı Düzey I I , düzey lll'le benzer şekilde model alışverişi yapar.

Düzey III

Ulusal Koordinasyon

Bölgesel Koordinasyon Merkezi

Di'ger Bölgelere

Alan Denetim Merkezi

Diğer Alanlara

Şirket İşletim Merkezi

Şirketlere

—» Hava ve Çevre Koşullerınır İzlenmesi

Üretim Santral leri

Depolama Kesici

Santral Merkez

Tüketici ler

Tüketici Üretim Santralleri

Tüketici Depolama Santraliarı

Röleler, hız ve gerilim düzenleyiciler, termostatlar VB.

Şekil 1 Bir enerji sisteminde çeşitli denetim düzeyleri. Düzey III bölgelerarası koordinasyonu, bilgi ve model iletişimini sağlar Düzey II, düzey I tarafından kullanılan denetim parametrelerini (kazançlar, zaman sabitleri, ayar değerleri vs.), işletim hedef ve amaçların, saptar. Bu değerlere göre ayarlanmış yerel denetim b.r.mlerı, düzey 0 da sistem işletiminde gerekli denetim sinyallerini üretirler.

DENETİM DONANIM VE YAZILIMLARI

Düzey O'da kullanılan denetim ve mantık işlemlerinin hemen tümü mikrobilgisayarlarla gerçekleştirilmektedir. Birçok durumlarda, algılayıcılar tarafından üretilen sayı sal sinyaller denetim aletlerine giriş olarak verilmektedir. Bu düzeyde kullanılan denetim aygıtlarının sayısal oluşu, gerektiğinde daha karmaşık mantık yapısına sahip yerel denetim birimlerinin kullanılabilmesine olanak sağlaya caktır. Bir santraldaki mikrobilgisayar ve programlar pa keti, denetleme prensipleri oldukça farklı olmasına rağ men, hem gerilim düzenleyicilerini, hem de kazan ateşle me sistemlerini denetleyebilecektir.

Düzey l'deki işletim işlevleri, bilgisayarlar ve bunlar ara cılığıyla sistemi denetleyen sistem operatörleri, tarafın dan yürütülecektir. Termik, nükleer santrallar, kesici mer kezleri gibi çeşitli birimler için standartlaştırılmış dene tim merkezleri kurulacaktır. Bu merkezlerde, minibilgisa yarlar ve ekranlı gösterim aletleri kullanılacaktır. Küçük işletmeler ve hatta tüketiciler, bu standartlaştırılmış mik robilgisayar sistemleri arasından gereksinimlerine uygun

donanım ve yazılımları seçip uygulayacaklardır. 2000'lere doğru bir ailenin ulaştığı sosyal düzey, oturduğu ev ka dar evde kullandığı bilgisayarın büyüklüğü ile ölçülecek tir. Bazı büyük endüstriyel enerji tüketicilerinin denetim merkezleri, üretici şirketlerdeki merkezlerin büyüklüğüne ve karmaşıklığına ulaşacaktır.

Düzey II ve III'teki denetim yöntemleri de bilgisayarlara ve sistem operatörlerine dayalı olacaktır. Ekranlı gösteri cilerin yanısıra, bilgisayarla çalıştırılan büyük boyutlu duvar gösterim panoları kullanılacaktır. Düzey M'nin ba zı uygulamaları için paralel işlemci bilgisayarların kulla nılması gerekecektir. Düzey II ve IH'teki denetim merkez leri için çeşitli amaçlara göre standartlaştırılmış dona nım ve yazılım paketleri ortaya çıkacaktır.

Denetim merkezleri arasındaki yoğun bilgi alışverişi, ya pılan uygulamaya, yürütülen işleve ve coğrafi özelliklere bağlı olarak, çeşitli türlerde sayısal bilgi iletişim kanalları ile gerçekleştirilecektir. Bazı üretim santrallarında ve ke sici merkezlerinde optik fiber iletişim kabloları kullanıla caktır. Enerji iletim hatları aynı zamanda bilgi iletişimin

ÖlçUmler

Diğer denetim merkezlerinden i l e t i l e n bilgiler ve modeller

Bılgi İşl&m sistemi: Modellerin gerçel zamanda yenilenmesi İşletim anormalliklerinin saptanması

\7

Karar verme sistemi:

İşletim hedef ve amaçlarının saptanması

Denetim parametrelerinin

s s rt anması

_^___

II Denetim

V7 parametreleri

II v' Amaçlar

Düzey O'a

Diğer kerar verme sistemlerine

Şekil 2 Üst düzey denetim yapısı. Bu düzeyde iki farklı işlev yürütülür : Bilgiişlem sistemi eldeki tüm bilgileri (ölçümleri ve diğer merkezlerden iletilen modelleri) kullanarak karar verme sistemi için sonuçlar üretir. Daha son ra bu sonuçlara göre denetim kararları, işletim amaçları ve denetim parametreleri saptanır.

ELEKTRİK M ÜHENDÎSLİĞI 28 7/288

de de rol alacaktır. Diğer iletişim bağları, radyo, mikro dalga, özel telefon hatları ve hatta uydu kanalları ile sağ lanacaktır. Bilgisayarlar arasında kurulan iletişim ağının karmaşıklığı ve iletilen bilgi hacminin çok geniş olması, karmaşık bir bilgi akışı denetim ve mantık sisteminin ku rulmasını gerektirecektir.

Satıcı firmalar, enerji üreten ve tüketen kuruluşlara çok çeşitli donanım ve yazılım paketleri pazarlayacaklardır. Geliştirilen çeşitli yazılım ve donanım elemanları arasın daki bağlantı sorunlarını azaltabilmek için, kullanılan malzemeler, bilgi formadan ve teknik terimler standart laştırılacaktır.

Elektrik enerji sistemlerinin denetiminde iki tür model kullanılmaktadır. Bunların ilki olan matematiksel model ler, sistemin çeşitli değişkenleri ile işletme komutları arasındaki ilgiyi tanımlamaktadır. Matematiksel modeller genel olarak, sistemin cebirsel ve diferansiyel denklemle ri, işletim maliyeti eğrileri, stokastik süreçler, bilgi tablo ları ve kullanılan eniyileme yöntemlerinden oluşmakta dır. Bu tür modeller günümüzde, geniş ölçüde denetleyi cilerin tasarımında kullanılmaktadır. Kullanılan ikinci bir tür model de, sistem tasarımcıları ve işletme operatörleri nin, sistemin çeşitli işletim koşulları altında nasıl çalışa cağı hakkındaki (matematik formüllere dayanmayan) deneysel bilgileridir.

Günümüzde, gerçel zamanda sistem işletmeciliği tama men bu modellere dayanmaktadır ve her iki modelin de bazı yetersiz yönleri vardır. Matematiksel modellerin; sis temin çeşitli işletim koşulları altında özelliklerini tam olarak yansıtamamak, deneysel modellerin ise insan fak törüne olan bağımlılık, yavaşlık ve hatalı kararlar verme riski gibi çeşitli aksaklıkları vardır. Gelecekte, sistem modellemesi üzerinde yapılacak çalışmalar yeni denklem ler geliştirilecek, her iki modelin de zayıflıkları ve eksik likleri kapatılacaktır. Bilgi işlem sistemlerinin temel amacı, aslında bu modelleri sürekli olarak geliştirmeye çalışmaktır.

Komşu sistemlerin ve ara bağlantıların basit eşdeğer mo delleri geliştirilecektir. Sistemin belli noktaları arasındaki dış bağlantılarını gösteren bu dış eşdeğer modellerin kul lanılmaya başlanmasıyla, merkezi denetim yerine çok merkezli denetim uygulamaları yaygınlaşacaktır.

DENETİM İŞLEVLERİ

Sisteme uygulanan denetim komutları iki ana unsura bağlı olacaktır : Sistemin çalışma durumu (normal, uya rım, acil, çözülme, kesinti) ve kullanılan sistem modeli nin geçerliği (geçerli,geçersiz ve ölçümlerin duyarlıkları). Bilgi işlem sistemleri, verdikleri kararları modelin geçer liğine veya duyarlığına ve değişen işletim durumlarına göre otomatik olarak yenileyebileceklerdir. Sistemin ça lışmasındaki ve modeldeki değişimleri sezen ve tanıyan bilgi işlem yordamları kullanılmaya devam edecektir.

Üretimde çeşitli türde kaynaklar kullanılacak, fakat ter mik ve nükleer kaynakların toplam içindeki yüzdeleri ar tacaktır. Kullanılan termik yakıt türlerinde, soğutma ve hava kirlenmesi vs. gibi konularda önemli yöntem deği şiklikleri olacaktır. Hidrolik kaynaklar kullanılmaya de vam edecek, rüzgar ve güneş enerjisine dayalı üretim santralları yaygınlaşacaktır. Santrallarda uygulanan dene tim yöntemleri, santralın ve bağlandığı sistemin özellik lerine göre değişecektir.

Bilgi işlem sistemlerinin geçerli denetim kararları verebil mesi için, işletme ekonomisi, dinamik sistem yapısı ve elemanların çalışma özellikleri hakkındaki bilgilerin za man içinde sürekli yenilenmesi gerekmektedir. Değişen çalışma koşulları altında alınan dinamik kararların doğru olabilmesi için, kullanılan dış eşdeğer modeller, düzey 0 ve düzey l'den elde edilen ölçüm değerleriyle birlikte düzey ll'ye iletilecektir.

Karar verme sistemlerinin birçok işlevleri vardır. Normal çalışma koşulları altında, santralların devreye alınması, çıkarılması, çıkış denetimleri ve yakıt giderlerinin en iyi lenmesi bilgi sayarlarla gerçekleştirilecektir. Düzey O'daki yerel denetim birimlerinin parametre ayarları, değişen iş letim koşullarına göre ve sürekli olarak insan bilgisayar işbirliği ile yapılacaktır. Bu şekilde, acil çalışma durumu altında santralın kendi içindeki ve ana sistemle olan de netimi bir uyum içinde yürütülebilecektir. Genel olarak karar verme sistemleri kendilerine düzey ll'den iletilen işletim hedef ve amaçlarını gerçekleştirmeye çalışacak lar, fakat bunların belirlenmediği durumlarda, kendi ta nımladıkları işletim amaç ve hedeflerini yerine getirecek lerdir.

Elektrik şirketleri çeşitli türlerde enerji depolama santral lan kullanacaklardır. Bunlardan başlıcaları, su depolama santralları, basınçlı gaz, ısı pompalama depolama, mağ netik olanlar ve bataryalar olacaktır. Bu santralların de netimi, diğer üretim santrallarında olduğu gibi santrala ve özelliklerine göre değişen yöntemlerle yapılacaktır. Enerji depolama santrallarında kullanılan denetim yön temleri, genellikle diğer santrallardakine göre daha basit olacaktır.

Bir kesici merkezindeki denetim sisteminin işlevleri geri lim düzeyine göre değişmekle beraber, genel olarak, aç ma kapama, gerilim denetimi ve yük atma işlemlerini kapsamaktadır. Bilgi işlem ve karar verme sistemleri işle dikleri bilgileri ve sonuçlarını düzey ll'ye iletmelerinin yanısıra, düzey O'da ve kesici merkezlerinde oluşan işle tim anormalliklerini de saptayacaktır. Kısa dönem tüke tim tahmini ve işletme stratejileri, zaman içinde sürekli yenilenerek hem düzey ll'ye hem de kesici merkezinin kendi denetim sistemine iletilecektir. Bu stratejilerle bir likte düzey ll'den verilen kararlar, kesici merkezi dene tim sistemi tarafından uygulanacaktır. Kesici merkezi denetim sistemleri, aynı zamanda servis dışı olan hat ve yükleri saptayarak düzey ll'ye bildirecek, işletme bakım teknisyenlerinin kısa bir zaman içinde arızayı ve nedenle rini bulmalarını sağlayabilecektir.

Bir kesici merkezinde verilen kararlar, genel olarak düzey O'daki rölelerin, enerji sisteminin çalışma koşullarıyla uyum içinde olmasını sağlamaya yönelik olacaktır. Bu röleler, enerji sistemini korumak ve dinamik olarak denet lemek amacıyla, hatların, bazen de şönt direnç ve reak tansların açma kapama işlemlerini düzenleyecektir. Bu düzeydeki birimlere gelen denetim komutlarının çoğu iletim merkezleri aracılığıyla düzey N'den gönderilecek tir. Bu merkezler aynı zamanda sistemin güç çıkışı den gesini de denetleyecektir.

Düzey I'deki uzaktan kumandalı bir denetim sistemi, aynı anda birden fazla kesici merkezini, hatta enerji de polama merkezini denetleyebilecektir. Böyle denetim merkezleri aynı bina içine toplanarak, bir düzey II dene tim merkezi bile oluşturulabilecektir.

TÜKETİCİLER önümüzdeki 20 yıl içinde elektrik şirketleri ile tüketici ler arasındaki ilişki, giderek yoğunlaşacaktır. Bu ilişki, hem enerji tüketimi, hem de üretimi şeklinde, iki yönlü olarak gelişecektir. Tüketici özelliklerinin çok geniş bir şekilde çeşitlenmesi sonucu tüm isteklerin ve denetim iş levlerinin yerine getirilmesi mümkün olmayacaktır. Bu nun yerine bazı tüketiciler, kendi özelliklerine uygun kü çük denetim sistemleri kuracaklardır. Buna bir örnek ola rak bir ailenin tüketim özellikleri incelenebilir. Bu ailenin bir güneş enerjisi üretecine, ev içi klima tesisatı için de bir enerji depolayıcı ısı pompasına, ayrıca çeşitli elektrik li mutfak ve temizleme aletlerine sahip olduğu varsayıl sın. Aile, elindeki üretim ve tüketim aletlerinin çalışması nı denetleyebilmek için, bir mikrobilgisayarlı denetim sistemi satın almıştır. Aile ayrıca elektrik şirketiyle ener ji alımı ve sistemi konusunda bir de kontrat imzalamıştır.

Kullanılan aletlerin denetimi, aile bireyleri ve mikrobilgi sayar tarafından ortaklaşa gerçekleştirilecektir. Mikrobil gi işlem sistemi ailenin enerji tüketimi ve enerji depola ma gibi özelliklerini gösteren matematiksel modeller kul lanacaktır. Mikrobilgisayardaki karar verme sistemi, bu modellere göre aile için en ekonomik enerji kullanım stratejisini saptayacak ve gerektiğinde enerji depolaya cak, gerektiğinde bazı temel ev aletlerini çalıştıracak, ge rektiğinde de ana enerji sisteminden enerji satın alacak veya ona satacaktır.

Bu kararlar, ailenin kendi enerji tüketim özelliklerine, ya ni modeline, o andaki (spot) enerji fiyatlarına ve hava koşullarına bağlı olacaktır. Normal işletim koşulları altın da, televizyon gibi bazı aletleri devreye sokma kararları, aile bireyleri tarafından verilecektir.

Şirketin düzey II'deki denetim sistemleri, ailenin üretimi ve tüketimi arasında bir dengesizlik olduğunda, enerji kullanımını çeşitli yönlerden denetleyebilecektir. Spot enerji fiyatlarında değişimler olması durumunda, bazı. basit yük denetim ve ayarlamaları yapılacaktır. Enerji sis teminde ani ve önemli işletme sorunları ortaya çıktığın da ise düzey I I , ailenin mikrobilgisayarına derhal yük at masını, veya düşük frekansta çalışmaya devam etmesini sağlayacak denetim komutlarını gönderebilecektir. Uy

gulanacak işletme ilkelerinin ayrıntıları, şirket ile aile arasında yapılacak kontrat ile saptanacaktır.

ŞİRKET ALAN DENETİM MERKEZLERİ

Alan denetim ve şirket işletim merkezleri, ülkenin çeşitli kısımlarında farklı işlevlere sahip olacaklardır. Burada bu iki tür merkez, "şirket alan denetim merkezi" olarak ta nımlanacaktır. Birçok şirketler iletim ve/veya dağıtım için ayrı işletim merkezleri kuracaklardır. Böyle merkez ler de şirket alan denetim merkezlerinin parçaları olarak düşünülebilir. Bu durumda, alan işletme ve denetim işlevleri sadece bir bölgeyle kısıtlı olmayacaktır.

Bu düzeydeki bilgi işlem sistemlerinde, Tabii Tde sırala nan matematiksel modellerin hemen tümü uygulanacak tır. Düzey ll'de kullanılan santral dinamiği, koruma ve tüketim modelleri, düzey I'de kullanılan ayrıntılı model lerin basitleştirilmiş eşdeğerleri olaccktır. Sistem ekono misi, sistem dinamiği, iletim, dağıtım gibi diğer modeller ise sadece düzey ll'de kullanılacaktır. Bu modellerin çö zümlenmesiyle elde edilen sonuçlar, düzey I tarafından komşu sistemlerin dış eşdeğer modellerinin bulunmasın da kullanılacaktır. Düzey I I , komşu sistemlerin bu dış eş değer modellerini kullanacaktır.

TABLO 1. MATEMATİKSEL MODELLER

Enerji üretim ve depolama santradan Maliyet, verimlilik, kayıp modelleri, Elektriksel, mağnetik ve dinamik modeller, ısı, kimyasal, mekanik dinamik modeller,

Koruma modelleri Mekanik zorlanma modelleri (şaft vs. için) Isı dayanma modelleri (hava koşullarına bağımlı) Aşırı gerilim modelleri

Tüketici Enerji kullanım eğrileri (hava koşullarına bağımlı) Enerji depolama modelleri

Sistem ekonomisi Maliyet modelleri Çalışma kısıt modelleri Gölge fiyatlar, artımsal değişim modelleri İklime bağımlı üretim modelleri

Üretim, dağıtım modelleri

Sistem dinamik yapısı modelleri Geçici rejim kararlılık modelleri Dinamik kararlılık modelleri Uzun dönemli dinamik modeller

Hava ve mateorolojik modeller

Çevresel dış etkilerin modelleri (hava koşullarına bağımlı)

Yük modelleri Tüketim modelleri (hava koşullarına bağımlı) Gerilim, frekans değişimine karşı çalışma modelleri Sistem güvenlik indisi modelleri (hava koşullarına bağımlı)

Birçok şirket alan denetim merkezi, çevre ve hava koşul larını izleyerek modeller oluşturan ve çözümleyen yan birimler oluşturacaktır. Bu birimlerden elde edilen öngö rümler, güneş enerjisi üretimi, tüketim tahmini, çevresel etkiler ve sistem güvenliliği gibi diğer modellerin çözüm lenmesinde kullanılacaktır. Çeşitli tür uygulamalar için çeşitli meteorolojik değişkenler ve parametreler tanımla nacaktır. Yapılan hava öngörümleri, kendi enerji kulla nım stratejilerini saptamak isteyen tüketicilere de iletile cektir.

Şekil 1'den görüleceği gibi, çevre ve hava koşullarının iz lenmesiyle elde edilen bilgiler düzey ll'ye iletilmektedir. Gerçekte, ülkenin bazı kısımları için bu izleme ve çevre sel dış etkilerin modellenmesi düzey l'de yapılacaktır.

Düzey ll'deki karar verme sistemleri enerji alışverişlerini ekonomik olarak düzenleme işlemlerini yürütecektir. Bu sistemler, verilen çalışma kısıtları altında işletme maliye tini en aza indirecek işletme amaç ve hedeflerin saptaya caktır. Kullanılacak ekonomik sistem işletim işlevlerinin birçoğu, günümüzde kullanılanlara benzeyecektir. Bunun

la beraber, çalışma kısıtları, maliyet modelleri vs. günü müzdekilerden çok daha karmaşık olacaktır. Bu model lerde tüketimin ve üretimin hava koşullarına göre değişi mi, çevresel dış etkiler ve güvenlik kısıtlamaları da göz önüne alacaktır. Güvenlik kısıtlamalarına, uygun mate matik modeller kullanılarak sistemin ekonomik yapısı da eklenecektir.

Bunlardan başka, günümüz enerji sistemlerinde olmayan yeni bir enerji tüketim prensibi ortaya çıkacaktır : Tüke timde spot enerji fiyatlarının dikkate alınması. Sistemde ki çeşitli belirsizliklerin hesaplara katılabilmesi için stokastik eniyileme modelleri uygulanacaktır.

Düzey ll'de verilen denetim kararları, sistemin o anda içinde bulunduğu çalışma şartlarına göre değişmektedir. Sistemde hızlı bir geçici olay, örneğin bir kısa devre ola yı meydana gelmesi durumunda, düzey ll'nin görevi, dü zey l'deki karar verme mekanizmalarına yardım etmek tir. Böyle bir durumda düzey I I , düzey l'i uyararak sis temde salmımlar vs. gibi geçici olaylar başlamadan he

Kerkezi

/ /

\ \\

V'

\

terketi

n

Sistem Denetin lerkeci

Sistem Denetim

Bölgesel kerkezler

Ba^ltr

— _ _ Gelecekte cerçek 1 eşecek Ballar

Şekil 3 Bir enerji sisteminde kademeli denetim merkezleri.

men önce düzey O'daki otomatik denetleyicilere gerekli komutları iletecektir. Uzun süreli dinamik ve geçici olay ların meydana geldiği anlarda ise bu denetim kararları olay süresi boyunca verilecek ve uygulanacaktır. Düzey ll'de yük atma gibi bu tür kararların alınabilmesi için alt denetim düzeylerinin bu koordinasyona uygun olarak ta sarımlanması gerekecektir.

Atılan yüklerin sistemin düzeltim durumunda tekrar ser vise alınması görevi, bugünkünden daha yaygın bir şekil de, düzey II tarafından yürütülecektir. İşletme, dağıtım ve bakım personeli düzeltim çalışmaları esnasında, hava ve çevre koşulları hatların açma adedi ve açma özellikle ri hakkında ayrıntılı bilgilere ve modellere sahip olacak lardır.

Düzey ll'deki alan denetim merkezi bilgisayarı düzey I'deki çeşitli bilgisayarlarla doğrudan bilgi alışverişi ya pabilecektir. Düzey ll'de yapılacak bilgi işlem ve bilgi ile tişimin hacmi, bugünküne göre çok daha büyük olacaktır. Daha önce de bahsedildiği gibi, bu düzeydeki sistem ope ratörleri, çok fazla sayı ve çeşitte sistem modelinin işlen mesinden ve çözümlenmesinden sorumlu olacaklardır. Sistem normal çalışma durumunda iken, bilgisayarlar bu modelleri çözümleyerek otomatik olarak karar verecek ve uygulayacaklardır. Bu arada operatörler de, risk işlet me ekonomisi dengesine göre alacakları kararlarla bilgisa yarları yönlendireceklerdir, öte yandan sistemin ciddi bir işletme problemiyle karşı karşıya kalması durumun da operatörler alacakları birtakım kritik kararları, önce den hazırlanmış seçenekler listesinden seçecekler, karar ların yol açacağı sonuçları bilgisayar yardımıyla bulacak lardır. Bu sonuçlara bakılarak, alınacak kararların geçer liliği ortaya çıkarılacaktır.

KOORDİNASYON MERKEZLERİ

Bölgesel koordinasyon merkezleri, hiçbir işletme ve de netim kararı vermeyeceklerdir. Bu merkezlerin ana işlevi düzey ll'deki merkezler arasında bilgi iletişimini sağla mak olacaktır. Bir bölgesel koordinasyon merkezi, bilgi leri gerçel zamanda düzenleyen ve ileten bir büro gibi ça lışacaktır. Bu merkezler, düzey II merkezlerinden o an daki ve yakın gelecekteki işletme maliyetlerine ait model leri toplayarak, tekrar bu merkezlere ileteceklerdir. Bu modelleri değerlendiren enerji satın almak veya satmak gerekip gerekmediğine karar vereceklerdir. Bunlardan başka, bölgesel koordinasyon merkezleri bir bölgeden diğerine, hattâ ikinci bir bölge yoluyla üçüncü bir bölge ye enerji iletiminin ekonomik yönlerini masraf ve kayıp ları inceleyeceklerdir.

Dinamik sistem denetim ve güvenlik çözümleri için, böl gesel koordinasyon merkezleri düzey II'den sadece özel bir sistemin değil, tüm sistemin matematik modellerini toplayacaktır. Bölgesel koordinasyon merkezleri, düzey ll'de yapılan güvenlik test ve kontrollerine ek olarak, her bölgenin güvenliğinin izlenmesinden de sorumlu olacak tır. Bölgesel koordinasyon merkezlerindeki bilgisayarlar dü

zey ll'deki çeşitli bilgisayarlarla doğrudan bilgi alışverişi yapabileceklerdir.

Sistem işletim ve yönetim sorumluluğu, bilgisayarların da üstünde sistem operatörlerine ait olacaktır.

Ulusal Koordinasyon Merkezi, tüm bölgesel koordinas yon merkezleri arasındaki üst düzey bağlantılarını sağla yacaktır. Ulusal Koordinasyon Merkezi ile bölgesel koordinasyon merkezleri arasındaki ilişkiler, ilke olarak bölgesel koordinasyon merkezleri ile düzey ll'deki mer kezler arasındaki ilişkilere benzeyecektir. Bütün bu ilişki ler, sadece bilgi alışverişi işlevleriyle ile kısıtlı olacaktır. Ulusal Koordinasyon Merkezi, işlevlerini genellikle komi te toplantıları ve telefon görüşmeleri yoluyla yürütebile cektir.

2000'LERDE KESİNTİLER DEVAM EDECEK Mİ ?

Günümüzde karmaşık gelişmiş sistem denetim yöntemle rinin kullanılmaya başlamış olmasına rağmen, enerji ke sintileri tam olarak önlenememiştir. 2000'lerde bu yön temlerin daha da gelişeceği kabul edilerek "Enerji kesin tileri o zaman da devam edecek mi ?" sorusu sorulabilir. Verilecek yanıt, bir bakıma "kesinti" teriminden ne anla şıldığına bağlıdır. Kesinti, teknik olarak iletim veya dağı tım sistemlerinden tüketimi karşılayabilecek ölçüde ener ji verilememesi anlamında kullanılır. Toplumsal bakım dan ise aynı terim, tüketicinin enerji gereksiniminin kar şılanamaması sonucu, belirli yaşamsal işlevlerini yerine getirememesi, dolayısıyla ciddi sosyal krizlerin doğması anlamına gelir.

Teknik anlamı açısından enerji kesintileri devam edecek tir. Basit ve ekonomik yollarla % 100güvenirlirliğe sahip bir enerji sistemi kurmak mümkün değildir. Sonuç olarak, bazı bölgelerin sistemden kopmasına, enerjisiz kalmaları na yol açacak türden bir takım arızalar yer almaya de vam edecektir.

Toplumsal anlamı bakımından 2000'lerde enerji kesinti leri ortadan kalkacaktır. Tüketiciler, teknik olarak enerji kesintilerinin her zaman olabileceğini kabul ederek, ya şamsal işlevlerini belli bir süre için karşılayabilecek güçte yedek enerji kaynakları ve depoları kuracaklardır. Tümüy le veya kısmen bir enerji kesintisi olması durumunda, bu yedek kaynaklar devreye girerek toplumsal bir krizin oluşmasını önleyecektir. Teknolojik gelişmeler, toplum sal anlamdaki enerji kesintilerini 2000'lere kadar ortadan kaldırabilecek hızdadır.

BAZI ÇELİŞKİLİ GÖRÜŞLER

Gelecekteki enerji sistemlerinin denetimi konusunda her kes tarafından kabul edilen ortak bir ilke mevcut değildir. Denetim işlevlerinin yürütülmesinde insan ve bilgisayar unsurlarının birbirlerine göre ağırlıkları tartışma konusu dur. İnsan operatörlerin hemen tüm işlevlerinin bilgisa yarlar tarafından gerçekleştirilebileceğini savunanlar, şu görüşleri öne sürmektedirler :

İnsan operatörler sistemin işletim karmaşıklığı nede niyle çabuk ve etkili karar veremezler.

İnsanlar bazen hatalı kararlar verirler,

Bilgisayar donanımları hızla gelişmekte ve giderek ucuzlamaktadır.

Denetimde insan operatörlerin ağırlığının artması gerek tiğini savunanlar ise şu tezlere dayanmaktadırlar:

Bilgisayarlar da insanlar tarafından tasarımlandıkları imal edildikleri ve programlandıkları için hata yapabilir ler,

İnsanların kuvvetlidir,

görüş

açıları

ve

sağduyuları

daha

geniş ve

Sistem operatörleri benzetişim yöntemleriyle yeterli düzeyde eğitilebilirler,

Bilgisayarlar tarafından üretilen çok miktardaki sonuç ların insanların anlayabileceği miktar ve boyutlara indir genmesi ve yorumlanması gerekir.

Bu makalenin yazarına göre, ikinci yaklaşım giderek yay gınlaşacak ve insan operatörlerin denetim sistemleri üze rindeki ağırlığı artacaktır. Bu arada, operatörleri yetiştir mek için benzetişim yöntemlerine dayalı eğitim teknik leri geniş ölçüde kullanılacaktır.

Bir enerji sisteminin kademeli olarak denetim konusunda bir fikir birliği oluşmuştur. Tamamen merkezileştirilmiş, yani sistemi sadece düzey lll'ten denetleme veya tama men yerel, yani sadece düzey 0 ve düzey l'den denetleme ilkeleri geçerli değildir. Bununla beraber, denetim siste minin ne ölçüde merkezileştirileceği konusu tartışmalı dır. Merkezi denetimin daha fazla ağırlıklı olması gerekti ğini öne sürenler, şu tezleri savunmaktadırlar :

Sistem üzerinde daha geniş bir koordinasyon sağlana cağı için daha ekonomik bir işletme elde edilecektir,

Sistem bir noktadan denetlendiği için daha gelişmiş bir dinamik sistem denetimi ve güvenli bir işletme sağla nacaktır,

Uzak mesafelerden bilgi iletişim ve hızlı bilgi işlem teknolojisi gelişmiştir, uygulanabilir.

Buna karşılık daha az merkezi, fakat çok bölgeli olan de netim sistemlerini savunanlar ise, şu görüşleri öne sürmek tedirler :

Merkezi denetimle elde edilebilecek işletme ekonomisi ve sistem dinamik çalışmasındaki düzenlemeler, yapıla cak masraflara ve zorluklara karşılık gelmeyecektir,

Merkezi denetim sisteminde oluşacak bir arıza, tüm enerji sisteminin çalışmasını aksatabilir, durdurabilir,

Merkezi denetim sistemi yerel gereksinimleri ve sorun ları ihmal edecektir,

Mevcut elektrik şirketlerinden herbiri değerinden farklı denetim sistemlerine, işletim ilkelerine, özelliklere sahip tir; dolayısıyla, böyle enerji sistemlerini birleştirmek ve tek merkezden denetlemek zor, hatta olanaksızdır.

Yazara göre, çok bölgeli denetim sistemleri uygulaması giderek daha fazla yaygınlaşacaktır.

Denetim sistemleri üzerinde üçüncü bir fikir ayrılığı da,

kullanılacak bilgisayarların türleri ve boyutları konusun dadır. Bu konuda iki önemli tartışma konusu şunlardır :

Sayısal veya analog sayısal (hibrid)

Çok sayıda küçük bilgisayar veya az sayıda büyük bil gisayar kullanımı.

Hibrid bilgisayarlarla enerji sistemleri dinamik problem leri daha verimli ve hızlı olarak çözülebilmektedir. Bu nunla birlikte, sayısal bilgisayarlar kullanım amaçları ba kımından daha esnektir.

Birçok küçük bilgisayar kullanımı, işlem yükünün her bil gisayara dağılmasını, paralel işlem yapabilmeyi ve daha fazla işletim güvenilirliği sağlayacaktır. Buna karşılık, bü yük bilgisayarların programlanması daha kolaydır, kulla nımları daha esnektir ve diğer bilgisayarlarla bilgi alışve rişi yapmak için zaman kaybetmezler. Yazarın fikrine göre, çok sayıda fakat küçük bilgisayar kullanımı gele cekte daha fazla benimsenecektir.

ENERJİ SATIŞ MERKEZLERİ

Bir şirketin enerji üretimi hizmetleri ile, tüketicinin ener jiyi kullanım şekli ve denetim sistemleri çok yakından ilişkilidir. Bu ilişkiler, 2000'lerde enerji satış merkezleri nin kurulmasıyla daha geniş boyutlar kazanacaktır.

Günümüzde bir tüketici ile şirket arasındaki ilişki, bir kö le ile efendisi arasındaki feodal ilişkiye benzemektedir. Enerjiyi kullanan tüketici efendi, bu enerjiyi sağlayan şirket ise köle olarak tanımlanabilir. Köle, efendisinin kullanacağı enerjiyi her an ve istediği miktarda sunmak zorundadır. Denetim sistemleri de, efendinin bu isteğini köle tarafından karşılanabilmesini sağlayacak şekilde ta sarımlanmıştır. Herhangi bir nedenle normal çalışma sı n rları dışına sürüklenen bu köle, yani üretici, devre dışı olacak ve efendisinin servisini karşılayamayacaktır. Gü nümüzde, efendi bu köleye o kadar bağımlı bir hale gel miştir ki hiçbir yaşamsal işlevini kölesi olmadan yürüte memektedir.

2000'lere doğru tüketici, şirket ve denetim sistemleri arasındaki bu ilişkiler önemli değişimlere uğrayacaktır. Enerji satış merkezlerinin ortaya çıkmasıyla, üretici ve tüketiciler arasında iki taraflı, enerji alışveriş ilişkileri kurulacaktır.

Şirketler, üretim ve depolama kaynakları aracılığıyla tü keticiye enerji pazarlayacaktır. Tüketiciler gereksinim duydukları enerjinin büyük bir kısmını bu şirketlerden alacaklardır. Fakat bazı tüketiciler, aynı zamanda enerji üretecekler ve bu enerjinin o andaki gereksinimlerinden fazla olması durumunda, şirkete geri satacaklardır. Bütün bu enerji alışverişleri, enerji satış merkezleri kanalıyla yürütülecektir. Bu merkezlerde enerji dağıtımı, iletim ve dağıtım sistemleri ile, enerji faturalandırılması ise dene tim sistemleri ile gerçekleştirilecektir. Her şirket üretim ve depolama birimlerinin yanısıra, enerji tarifelendirme birimleri kuracaktır.

Enerji satış merkezlerindeki işletme ekonomisi, uzun dö nemli kontratlar ve ani enerji istemleri olmak üzere iki

farklı ilkeye göre yürütülecektir. Uzun dönemli kontrat larda, tüketicinin gelecek bir veya iki yıl içinde enerji kullanım miktarı, puant yükü, kullanımının mevsimlere, aylara ve günlere dağılımı gibi faktörler gözönüne alına caktır. Önceden bildirilmeyen, ani enerji istemlerinde ise, hava ve çevre koşullarına, açma olaylarına bağlı olarak o andaki spot tarifelendirme yöntemi hem enerji satımı, hem de alımı için geçerli olacaktır.

Öte yandan, pazarlanan enerjinin bir kısmı "kesilebilir" türde olacaktır. Bu tür bir enerji servisinde, şirket tüketi ciye enerjinin sürekliliğini garanti etmeyecek, fakat buna karşılık daha düşük bir fiyatlandırma tarifesi uygulaya caktır.

Yukardaki özelliklerde bir enerji satış merkezinin işleti lebilmesi için oldukça karmaşık denetim ve bilgi iletişim sistemleri gerekecektir. Mevcut sistemlere göre elde edile cek en önemli değişiklik, yüklerin "yumuşak" olarak de netlenebilmesidir. Mevcut sistemlerde denetimlerin çoğu, "katı denetim" olarak adlandırılan yük atma, hat ve bes leyicileri açma gibi komutlardan oluşmaktadır. "Yumu şak" denetimde ise, bu denetim işlevleri tüketicileri ser vis dışı etmeden, katlandırmalarda değişikler gibi daha esnek yöntemlerle yürütülecektir.

TEKNİK TERİM KARŞILIKLARI

Kademeli : Hierarchical Gerçel zaman : Real—Time İzlemek : Monitoring Tahmin : Forecasting Ağ : Netvvork İletişim : Communication Öngörü : Prediction Algılayıcı : Sensor Yerel : Local Alan : Pool Süreç : Process Eniyileme : Optimizasyon Sezmek : Detection Tanımak : Identification Yordam : Algorithm Artımsal: Incremental Güvenlik : Security Benzetişim : Simulation Güvenilirlik : Reliability Geçici : Transient İç kestirim : Interpolation Dış kestirim : Extrapolation Üstsel : Exponential Durgun durum : Steady state Süzmek : Filtering Duyarlılık : Sensitivity

7 74