Elektrik ağları için üstün performanslı anahtarlama

Nasıl oturma odasındaki bir lambayı açmak için elektrik düğmesine ihtiyaç duyuluyorsa, bir elektrik şebekesi de kendi enerji akışlarını kontrol etmek için bu düğmeye benzer anahtarlamalara gereksinim duyar. Bu iş elektrik devrelerini açıp kapatan bir anahtarlama tertibatıyla yapılır. Böylece bir şebekede ne kadar elektrik enerjisinin gönderildiği ve dağıtımının yapıldığı kontrol edilebilir. Tıpkı düşük, orta ve yüksek voltajlı sistemlerde olduğu gibi bir anahtarlama tertibatı enerji akışını dengede tutar ve aşırı yükler ile elektrik arızalarına karşı koruma sağlar. Bu tertibat aslında enerji şebekelerinin elektrik düğmesi gibi çalışır.

Sağlamlığa ve güvenilirliğe artan talep

Önemi gelecekte de artmaya devam edecek olan anahtarlama tertibatları her zaman enerji sistemlerinin kilit bileşenlerinden biri konumundadır. Aslında anahtarlama tertibatlarının önemi yenilenebilir kaynaklardan üretilen enerji miktarıyla paralel bir şekilde artıyor. Bunun nedeni ise çok basit. Yenilenebilir enerji kaynaklarından gelen enerji arzı çok inişli çıkışlıdır. Bu yüzden şebeke operatörlerinin enerji şebekesinin çalışmasına daha sık müdahale etmeleri ve anahtarlama tertibatı kullanarak enerji akışını kontrol altında tutmaları şarttır. Siemens Kurumsal Teknolojiler’de Anahtarlama ve Güç Şebekesi Araştırma Grubu Lideri Sylvio Kosse, “İşte bu yüzden güvenilir ve verimli bir enerji arzı sunabilmek için anahtarlama tertibatının güvenilirliği ve sağlamlığı kilit bir rol oynar” diyor. Kosse ve ekibinin yaklaşık 20 üyesi bu şirketin diğer iş bölümleriyle yakın işbirliği içinde anahtarlama tertibatının gelecekte hangi özelliklere sahip olması gerektiğinin ve nasıl optimize edilebileceğinin analizini yapıyor. Ayrıca anahtarlama tertibatlarına yönelik yeni kavramlara, malzemelere ve sürücülere de odaklanıyorlar. 

Daha fazla sayıda ‘üreten-tüketici’

Geleceğin anahtarlama tertibatlarının üstesinden gelmeleri gerekecek zorluklar arasında sadece çalkantılı üretim kapasitesi yok, aynı zamanda bu kapasitenin merkezi olmayan doğası da var. Eskiden enerji üretimi sadece tek yönlü akım akışları olan katışıksız Enerji nakli alternatif akım sistemlerini temel alırdı ve yük merkezlerine tek yönde akan elektrik merkezi enerji santrallerinde üretilirdi. Bugün ise özel fotovoltaik enerji sistemleri gibi daha küçük boyutta ve merkezi olmayan jeneratörler söz konusu. Hanehalkı bunlarla artık aynı zamanda hem tüketici hem de üretici olabiliyor ve dolayısıyla enerji günün saatine bağlı olarak farklı yönlerde akabiliyor. Kosse, “Bu karmaşıklık bizim enerji şebekelerimiz açısından henüz herhangi bir sorun yaratmıyor, ancak ileride enerjimizin yüzde 60, 70 veya 80’ini yenilenebilir kaynaklardan üretebilir hale geldiğimizde bu elektrik şebekesinin adamakıllı elden geçirilmesi gerekecek” diyor. Açık deniz rüzgar çiftlikleri veya çöller gibi haşin hava koşullarına sahip uzak yerlerde üretilen enerjinin artan payı da sağlam, güvenilir ve az bakım gerektiren anahtarlama tertibatlarına olan talebi artıran bir başka faktör. Bu gibi yerlerde bilhassa bakım işi çok zahmetli ve oldukça pahalıya patlıyor. 

Dikkatli taşıyın 

Yüksek voltaj şebekeleri ile orta voltaj şebekelerinin bazı bölümlerinde genellikle gazla izole edilmiş anahtarlama tertibatları kullanılır. Bu tertibatlarn içinde sülfür heksaflorid (SF6) vardır. Teknik bir bakış açısıyla bu gazın saymakla bitmeyen avantajları bulunmaktadır. SF6’nın mükemmel izolasyon özelliği vardır ve anahtarlama süreçleri esnasında ortaya çıkan elektrik kıvılcımlarının söndürülmesi için idealdir. Ancak çevre bakımından çok büyük bir dikkatle taşınması gerekir, zira SF6 aslında bilinen en tehlikeli sera gazıdır. Bir kıyaslama yapmak gerekirse, yüzyıllık bir dönem boyunca atmosferde bu gazdan bir kilo bulunması demek iklim üzerinde 22 bin 800 kilogramlık karbondioksitin yaratacağıyla aynı etkiyi yaratması demektir. Bu yüzden dünyanın dört bir yanında asıl hedef SF6 kullanımını minimum seviyede tutmak ve bu gazın salımını mümkün olduğunca düşük seviyeye indirmektir. Kosse, “Her ne kadar bu gazı izole edici bir gaz ve anahtarlama kıvılcımlarını söndürmek için bir araç olarak daha uzun yıllar boyunca kullanmaya devam edecek olsak da biz işte bu yüzden sülfür heksaflorid’e çevre dostu alternatifler bulmak üzerinde çalışıyoruz” diyor. 

Vakum teknolojisinin avantajları

SF6 olmaksızın anahtarlama yapabilmenin bir yolu da vakum anahtarlama teknolojisinden faydalanmak. Bu aslında orta voltajlı sistemlerde on yıllardır büyük bir başarıyla kullanılıyor. Teknolojik anlamda vakum anahtarlamanın pek çok avantajı var. Herhangi bir şekilde bakım gerektirmeksizin birkaç yüz bin saat boyunca anahtarlama yapabiliyorlar ve dolayısıyla servis maliyetleri SF6 bazlı sistemlere kıyasla çok daha düşük oluyor. Buna ek olarak vakum anahtarlama SF6’lı akranlarına kıyasla çok daha geniş bir sıcaklık yelpazesinde çalışabiliyor. Örneğin onlar eksi 60 Santigrad derece kadar düşük sıcaklıklarda bile kolaylıkla kullanılabiliyorlar. Son olarak da, vakum teknolojisi tüm dış etkileri engelleyen hava geçirmez bir şekilde kapatılmış bir kontak aralığı kullanmaktadır ve bu sayede tüm yaşam döngüsü boyunca istikrarlı bir şekilde anahtarlama yapabilmektedir. Ancak vakumlu anahtarlama tertibatının da bazı dezavantajları bulunuyor. Hava gibi doğal gazlar ile izole edildiğinden yüksek voltaj sistemlerinde kullanılan sürümleri çok daha büyük hacimli ve SF6 bazlı çözümlere kıyasla halen çok pahalı. Ancak bu yüksek yatırım maliyetleri büyük ölçüde azalan faaliyet giderleri ve artan yaşam ömrüyle telafi ediliyor. 

Geleceğe yönelik hibrid çözümler 

Bu yüzden bilhassa yüksek voltaj sistemleri alanında geleceğin sadece şu veya bu teknolojiye değil ama hibrid yani melez çözümlerde yattığını düşünmek gayet mantıklı olabilir. Ancak gereken ister yüksek, ister orta isterse de düşük voltaj sistemleri olsun, yarınların anahtarlama teknolojisinin Siemens müşterilerinin dört temel ihtiyacını karşılaması gerekecek: Yüksek güvenilirlik, çevre dostu, uzun servis ömrü ve uygun maliyetli faaliyet. Kosse, “Bizim hedeflerimizden biri de anahtarlama cihazlarını daha da akıllı hale getirmek” diyor. Onun dediğine göre gelecekte anahtarlama tertibatları kendi “sağlık durum”larını kendileri teşhis edebilir hale gelecek ve ne zaman bakım yapılması gerektiğine yine kendileri karar verebilecekler. Bu sayede hem paradan tasarruf edilecek hem de şebeke sisteminin istikrarı artırılmış olacak.