Tevfik Uyar-1: Enerjinin Geleceği-1: Akıllı Mahallelerde Mikro Şebekeler

3 Şubat 2020

Güzel bir mahallede yaşıyorsunuz. Mahallenizdeki tüm evler elektrik enerjisini çatılarda yer alan güneş panellerinden ve sokak başlarındaki rüzgâr türbinlerinden alıyor. Hatta sokak ve bahçe aydınlatmalarınız enerjisinin büyük kısmı muhitinizdeki sokak ve caddelerin altına döşediğiniz ve bu sayede gelen geçen araçların ağırlığından elektrik üreten piezoelektrik malzemelerden sağlanıyor. Elbette böyle bir sistemin emniyetli ve ucuz olması gerekir… Her daim evinizin ihtiyaç duyduğu elektriği alamazsanız ne olacak? Sonuçta bazen bir yandan çamaşır yıkarken, diğer yandan evinizi süpürebilir, o sırada televizyonda favori dizinizin bir bölümünü izlemek istiyor ve vakitten kazanmak için de kahve makinenizin düğmesine basmış olabilirsiniz. Bunun için her ihtimale karşı ihtiyacınızın iki misli yatırım yapmanız mı gerekecek? Akla ilk olarak bu gelse de, sizin için geçerli değil. Evinizde yer alan akıllı şebeke sağ olsun, böyle durumlarda komşunuzdan otomatikman elektrik “satın alıyor” ve güç ihtiyacınızı karşılayabiliyorsunuz. Tabii, bu sadece ev özelinde değil… Herkesin ütü yapmak istediği bir akşam mahallenizin elektrik ihtiyacı artarsa, benzer şekilde komşu mahallenin elektrik örgütlenmesinden de biraz elektrik “ödünç” alabiliyorsunuz. Fakat bu alışveriş ilişkisi zaten pek nadir oluyor: Zira ileri teknolojik dağıtım sistemleri sayesinde evinizde elektriğe bağlı işleri önem sırasına göre sıralayabiliyor veya zamanlayabiliyorsunuz (“mobil cihazlarımı ve elektrikli arabamı her durumda şarj et ama çamaşırları Çarşamba saat 9’a kadar en uygun durumda yıka” gibi). Hatta bu sistem bir yapay zekaya sahip olduğu için bir sürpriz olmadıkça ne zaman ütü yapacağınızı ne zaman kahve içeceğinizi iyi bir şekilde öğrenebiliyor. Bu sayede de tüm sistemi enerji kesintisine uğratmadan ve akülerinizi de pek yormadan elektrik dağıtabiliyor. Ay sonu olup da gece 12:00 olduğu zaman bir bakıyorsunuz ki, hesabınıza elektrik satışından 1200 TL gelmiş! Doğru ya? Bir hafta iş seyahatine çıktığınız için hiç elektrik tüketmemiştiniz ve akıllı sistem de ürettiğiniz komşu mahallelere aktarmış. Acaba bu kazancı şebekenize yeni bir güneş paneli eklemeye mi harcasanız? Hem bu sayede elektrik piyasasına biraz daha nüfuz edebilirsiniz…

Enerjinin Geleceği

Yukarıda enerjiyle gelecekteki ilişkimizi anlatan olası bir tablonun detaylarını okudunuz… Nasıl? Rüya gibi değil mi? Bu tablonun adı, enerjinin geleceğini de tarif eden 4D konsepti… İngilizcesiyle “Digitised, Decentralised, Democritised, Decarbonised”.

Elektrik üretimi dijitalize olmuş, merkezi olmaktan çıkıp dağıtık hale gelmiş, herkes aynı zamanda üreten, tüketen ve söz sahibi oyunculara dönüşmüş ve hiç kimse elektriksiz kalmazken karbon salınımı da neredeyse sıfıra yaklaşmış durumda… Ve bu geleceğin imkanını yirmi yıl evvel sorsanız onu bilimkurgusal bir ütopya olarak niteleyecekken bugün için “pek yakında” demek mümkün.

Öncelikle tarif ettiğimiz sistem kendi enerjisini üretebilen bir kapalı sistem olan mikro şebeke. Yani ulusal elektrik hattıyla bağlantılı ve senkron olmak zorunda olmayan (ama olursa arıza ya da güç kaybı halinde kesintilerin yaşanmaması veyahut ulusal ağa satış yapmak bakımından avantajları olabilecek), yani ister izole, isterse de bağlantılı olarak kullanılabilecek bir şebeke. Mikro şebeke konsepti yeni değil ama yenilenebilir enerji üreteçlerinin ucuzlaması, elektronik ve yapay zekâ teknolojilerinin gelişmesiyle karakter değiştirmiş durumda. Hali hazırda ticarileşmiş olan mikro şebeke çözümleri üretim tahmini ve otomasyonu sağlayabiliyor, yenilenebilir enerji kaynaklarını ihtiyaca göre yönlendirebiliyor ve depolamayı yönetebiliyor.

Şüphesiz mikro şebekelerin en önemli bileşeni yenilenebilir enerji üreteçleri… Yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmanın hem yatırım hem de işletme maliyeti giderek düşüyor. Örneğin güneş enerjisi… Fotovoltaik pillerde “öğrenme eğrisi” geçerli. Yani satılan kümülatif güneş paneli sayısı her ikiye katlandığına, öğrenme eğirisi modelinin de öngördüğü üzere, fiyatı %20 düşmüş oluyor. Nitekim 1956’da fotovoltaik hücrelerle üretilen bir watt enerjinin maliyeti 256 dolar iken 2014 yılına gelindiğinde bu sayı sadece 82 sente düştü. 2019’da ise bu sayı 30 sent civarında. Son yapılan araştırmalara göre 1980’den beridir 1 watt elektrik üretim maliyeti her yıl %10 oranında düşüş gösteriyor.

1956’da fotovoltaik hücrelerle üretilen bir watt enerjinin maliyeti 256 dolar iken 2019’da ise bu sayı 30 sent civarında. 1980’den bu yana güneşten elektrik üretme maliyeti her yıl %10 oranında düşüş gösteriyor.

Diğer önemli bileşen ise depolama teknolojileri. Depolamanın birinci amacı elbette güneşten, rüzgârdan ya da yollardan elde edilen enerjiyi talebin düşük olduğu zamanlarda daha sonra kullanılmak üzere depolamak değil… Depolama, frekans, voltaj ve kaliteyi belli bir seviyede tutabilmek için de şart. Her ne kadar depolamanın önündeki zorluklardan başlıcası saklama ve yeniden dönüştürmedeki zorluklar olsa da konu mikro şebeke olduğunda elektriği saklamanın gerektirdiği hacmin “makro” olması öne çıkıyor. Bu nedenle bugün yürütülen AR&GE çalışmaları daha küçük bir hacme daha büyük enerji depolama amacına hizmet ediyor. Nitekim sadece birkaç yıl önce 7 katlı bir apartman büyüklüğündeki bir alanda depolanabilen enerjinin aynısını bugün 6 metrelik bir konteyner içerisinde depolamak mümkün hale geldi. Yakın zamanda birim hacim başına depolama kapasitesinin artacağından şüphe yok.

Görece daha yeni bir teknolojik bileşen olan yapay zekâya sahip mikro şebeke kontrolörlerinde de her geçen gün yeni gelişmeler oluyor. Mevcuttaki -daha çok endüstriyel amaçlarla kullanılan- sistemlerin temel özelliği kullanıcıların elektrik tüketim alışkanlıklarından talep tahmini yapmak, aşırı yüklenmeleri önlemek, yenilenebilir ve temiz enerjiden faydalanma oranını azamiye çıkarmak… Çevre bilgisi sunan sunuculardan bilgi alarak, örneğin hava tahminlerinden yola çıkarak üretim kapasitesi tahmini ve dolayısıyla da planlaması yapabilen kontrolörler var.

Yani geriye nesnelerin interneti konseptinin yaygınlaşması (ve bu sayede evdeki tüm cihazların genel maksatlı kontrolörler tarafından yönetilmesi), bu teknolojilere uygun yerleşimlerin inşası ve ilişkili teknolojilerin gündelik yaşamın parçası haline gelmesi kaldı… Akıllı şehirlerin kurulup yaygınlaşması veya mevcut şehirlerin dijital dönüşüme uğraması, enerjiyle olan ilişkimizi de dönüştürecek. Hele elektrikli araçların yaygınlaşması, dolayısıyla mobilitemizin elektrik temelli bir hale bürünmesi enerjiyle ilişkimizi, dolayısıyla da yaşam tarzımızı kaçınılmaz olarak dönüşüme uğratacak. Bir de akıllı ulaşım sistemlerinin tamamen hayata geçtiğini düşünsenize? Akıllı ev yöneticimize yarın 14:00’te evden çıkmamız gerektiğini söyleyeceğiz. Eğer aracımızın şarj durumu uygunsa (ya da uygun olacaksa… YZ bilir…) elektrikli aracımızı hazır edecek. Eğer değilse, sürücüsüz bir taksi çağıracak. Eğer bu YZ bütçemizin de kontrolünü sağlıyorsa, bize en azından hangi dakika hangi duraktan neye bineceğimizi söyleyen bir “ulaşım stratejisi” oluşturacak.

Lüks Değil, Gereklilik…

Enerji, artık bir lüks değil… Veyahut da sadece iş ya da eğlence yaşamı için gerekli bir unsur değil. Enerji, sağlık için, eğitim için ve hatta sosyal anlamda bir mecburiyet. 30-31 Temmuz 2012 tarihlerinde Hindistan’da gerçekleşen ve 400 milyon insanı olumsuz etkileyen elektrik kesintisini düşünün. Hastaneler hizmet veremez hale gelmiş, su arıtma tesisleri çalışamaz olmuş, hatta elektrikli pompalarla çalışan su şebeke ve kuyuları devreden çıkmıştı. Ancak güneş enerji santrali olan bazı köy ve ilçeler bu kesintiden etkilenmediler.

Mikro şebekeler sayesinde ulusal enerji ağına dahil olmadan herhangi bir bölgede tarım, hayvancılık veya sadece ev yaşamı için elektrik sağlamak hem hızlı hem de çok ucuz.

Mikro şebekelerin varlığı ve bu şebekeleri besleyecek santrallerin hızla kurulup devreye alınabilmesi, doğal afetler gibi ulusal elektrik ağının çökmesine yol açan durumlarda afetzedelerin enerji ihtiyaçlarını karşılamak bakımından da önemli bir iyileşme anlamına geliyor. Şimdilik -gaz türbiniyle de olsa-, bir Boeing 747 ile taşınabilen taşınabilir elektrik santralleri mevcut ve 9000 Avrupa evi miktarında güç üretebilen bu santraller 48 saatten kısa bir süre içinde kurulup devreye alınabiliyor.

Bu arada, elektrik üretimi ve depolamasında sağlanacak bu ilerlemelerin sadece gelişmiş ülkelerde müreffeh bir yaşam süren topluluklar için olduğu düşünülmesin. Bilakis bu ilerlemeler, gelişmekte olan ülkelerde başı yoksullukla belada olan toplumlar için çok daha önemli. Mesela mikro şebekeler ise yoksullukla mücadele için önemli bir araç. Bundan on yıl evvel, ulusal elektrik şebekesinin hiç uğramadığı bir arazide yaşamak ve tarım yapma arzusunda olsaydınız, elektriğe kavuşmak için yıllarca beklemek, beklemek istemiyorsanız da oraya elektrik çektirebilmek için belki de bir servet ödemeniz gerekirdi. Oysa bugün öyle değil. Mikro şebekeler sayesinde ulusal enerji ağına dahil olmadan herhangi bir bölgede tarım, hayvancılık veya sadece ev yaşamı için elektrik sağlamak hem hızlı hem de çok ucuz. Bu sayede henüz ulusal elektrik ağının gelişmediği yoksul ülkelerde insanların enerjiye erişimi de kolaylaşmış oluyor. Hem de karbon salınımına sebep olmadan!

Kaynakça:

  • Hardy, J. (2017), “Energy”, içinde J. Al-Khalili (Ed.), What’s Next (pp. 153-165). Chatham, UK: Profile Books
  • Farmer, J. D., Lafond, F. (2015), “How predictable is technological progress?”, Research Policy. 45 (3): 647–665.
  • Chandrasena, R.P.S., Shahnia, F., Ghosh, A. and Rajakaruna, S. (2015), “Dynamic operation and control of a hybrid nanogrid system for future community houses”, IET Generation, Transmission & Distribution, 9 (11): 1168-1178.

Dr. Tevfik Uyar
Lisans eğitimini İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak Mühendisliği bölümünden, Yüksek Lisans ve Doktora derecelerini İstanbul Kültür Üniversitesi İşletme Yönetimi Anabilimdalı’ndan almıştır. Çalışmaları risk algısı, belirsizlik altında karar verme ve emniyet yönetimi üzerinedir. Açık Bilim Dergisi ve Podcast kanalının kurucusu, bilimsel şüphecilik platformu Yalansavar editörü ve Herkese Bilim Teknoloji Dergisi yayın kurulu üyesidir. Popüler bilim ve bilimkurgu alanında yazdığı kitaplar ve yaptığı çeviriler bulunmaktadır. 2007 yılından bu yana sivil havacılık sektöründe çeşitli yönetici pozisyonlarda çalışmakta, İstanbul Kültür Üniversitesi’nde Emniyet Yönetim Sistemleri, İnsan Faktörleri ve Makine Öğrenmesi konularında dersler vermektedir.

Yorumlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir