Akıllı şebekelerde akıllı sayaçların rolü nedir?

Enerji tüketimindeki önemli artış, enerji güvenliği ve çevre için önemli zorluklar meydana getirir. Bu zorluklar, elektrik şebekesini daha akıllı yöne doğru gelişmeye iter.

Ayrıca son yıllarda teknolojideki önemli gelişmeler ve kullandığımız cihazların akıllı hale gelmeye başlaması, elektrik şebekesi ve sayaçlar için de bu kavramın oluşturulmasını düşündürmüştür.

Geleneksel olarak bilinen elektromekanik sayaçlara göre birçok üstünlüğü olan akıllı sayaçlar, akıllı enerji şebekelerindeki en önemli temel bileşenlerden biridir. Bu sayaçlar, şebekede her noktanın anlık olarak izlenebilmesi ve kontrol edilebilmesi gibi birçok avantaj sağlar. Bu avantajlarıyla akıllı sayaçlar, dünyada hızlı bir şekilde yayılmaktadır.

Şekil 1. Geleneksel şebeke yapısı

Akıllı şebeke

Mevcut elektrik şebekesi, geçtiğimiz yüzyılda dünyanın çeşitli yerlerinde hızlı kentleşmenin ve altyapı gelişmelerinin bir ürünüdür [5]. Şekil 1’de görülen geleneksel şebekede elektrik, güç santrallerinde üretilip tüketicilerin bulunduğu yerlerde kullanılmaktadır. Enerji akışı üretim, iletim ve dağıtım sistemleri olarak tek yönlü gerçekleşmektedir. Enerji akışı tek yönde gerçekleştiğinden enerji ölçümü, kontrolü ve koruması basit bir yapıdadır. Bu yapı, işletim kolaylığı açısından basit bir yapıda görülse de işletimin sürekliliği açısından eksiktir.

Akıllı şebeke, elektrik şebekesinin modernleştirilmiş halidir. Herhangi bir üretim noktası ve tüketim noktası arasındaki elektrik sistemiyle ilgili her şeyi kapsar [10]. Geleneksel şebekeden akıllı şebekelere geçiş, diğer teknolojik gelişmelerde olduğu gibi adım adım gerçekleşmiştir.

Şekil 2. Akıllı şebeke yapısı

İlk olarak elektromekanik sayaçlar kullanılmıştır, daha sonra tek yönlü haberleşme sağlayabilen akıllı sayaç yapısı geliştirilmiştir. Fakat bunların ömrü kısa sürmüştür ve çift yönlü haberleşme sağlayabilen akıllı sayaçlar akıllı şebeke altyapısını oluşturmuştur [5]. Şekil 2’de gösterilen akıllı şebeke yapısında, sadece enerji üretim ve tüketim birimleri bulunmaz. Tüketiciler de bir üretici gibi şebekeye katılabilirler. Bu yapıda enerji akışı akıllı sayaçlar ile her an takip edilip kontrol edilebilmektedir.

Akıllı şebeke teknolojileri ile şebeke daha esnek ve etkileşimli bir hale gelir. Fakat geleneksel şebekeye göre daha karmaşık bir yapıda olduğundan şebekenin işletimi ve korunması açısından daha zor bir yapıdadır. Ayrıca akıllı şebeke yapısında siber güvenlik de önemli bir konudur. Gelebilecek olan siber saldırılar, şebekede büyük ekonomik kayıpları beraberinde getirecek problemleri meydana getirebilir.

Akıllı sayaçlar

Geleneksel sayaçlar olarak adlandırılan elektromekanik sayaçlarda yasal olmayan yollardan elektrik tüketimi olabilmektedir. Bunlara örnek olarak mekanik bir obje kullanılarak diskin dönmesinin engellenmesi, sabit mıknatıs kullanılması, sayaç öncesinde fazdan enerji kullanılması, sayaç bağlantı kutusunda enerji kablolarının anahtarlanması verilebilir [4].

Şekil 3. Akıllı sayaç

Akıllı sayaçlar, enerji tüketim ve üretim bilgisine ilişkin iki yönlü haberleşme sağlayabilen, enerji tüketimini ölçen elektronik sayaçlardır [3]. Akıllı sayaçların, gelecek akıllı şebeke yapısını oluşturacak en önemli eleman olduğu söylenebilir. Akıllı ve geleneksel elektrik sayaçları arasındaki en önemli fark akıllı sayacın iki yönlü haberleşme sağlayabilmesidir [4].

Akıllı sayaçlar ile ilgili son gelişmeler;

• İki yönlü haberleşme sağlayabilmesi
• Otomatik ve iki yönlü ölçüm ve faturalandırma yapabilmesi
• Cihaz izleme ve kontrol sağlayabilmesi
• Sistem hatalarının tespit ve teşhisinde kullanılması
• Bilgi depolama ve yönetim
• Talep tarafı yönetimi 
• elektrik hırsızlığı tespiti 
• sistem güvenliği
• yük yönetimi uygulamaları

olarak açıklanabilir [5].

Akıllı sayaçların özellikleri, elektrik şirketinin gereksinimlerine göre de geliştirilebilir.

Tüketicilere elektrik tüketimlerini ve anlık fiyat tarifelerini görebilme imkanı veren akıllı sayaçlar ile tüketiciler aktivitelerini ve enerji masraflarını yönetebileceklerdir [1]. Aynı zamanda akıllı sayaçlar tüketicileri daha bilinçli ve tasarruf yapma istekli bir hale getirecektir [2].

Anlık enerji talebini görebilen elektrik şirketleri, sayaçların iki yönlü haberleşme sağlayabilme özelliğiyle pik talebi azaltmak için çeşitli talep cevabı programlarını uygulayabileceklerdir. Şebeke açısından üretimin ve tüketimin daha verimli olmasını sağlayan akıllı sayaçlar ayrıca yenilenebilir enerji kaynaklarının yer aldığı akıllı şebekeler ile sera gazı emisyonlarının azaltılmasında dolaylı olarak rol oynar.

Bu avantajları ile akıllı sayaçlar, dünyada hızla yayılmaktadır. Avrupa ülkelerinden özellikle İskandinav ülkeleri akıllı sayaçların geliştirilmesinde öncüdür. ABD’de bu anlamda önemli bir konumdadır [1]. İngiltere 2020 yılına kadar her evde akıllı sayaç kurulumunu gerçekleştirmeyi planlamaktadır [6].

Sonuç

Akıllı sayaçların kullanımı, akıllı şebekelere geçişte önemli bir adım sayılabilir. Şebekenin her noktasının izlenebilmesi, tüketim ve üretimin anlık olarak görülebilmesi ve gelişmiş haberleşme altyapısı sayesinde sayaçların uzaktan okuma ve kesme işleminin yapılabilmesi, fiyat ve tüketim bilgilerinin tüketiciler tarafından anlık olarak görülebilmesi gibi önemli avantajları vardır.

En önemli özelliği iki yönlü haberleşme sağlayabilmesidir. Ayrıca şebekede elektrik hırsızlığının tespitinin gerçekleştirmesini de sağlar. Fakat sistemdeki her birim için akıllı bir sayaç ve gelişmiş haberleşme altyapısı önemli bir maliyet gerektirmektedir. Bu da akıllı şebekelere geçişi engelleyen en önemli sorunlardan biridir.

Yazar

Alper ÇİÇEK
Elektrik Mühendisi Yüksek Lisans Öğrencisi
YTÜ ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Kaynaklar

[1] Qie Sun, Hailong Li, Zhanyu Ma, Chao Wang, Javier Campillo, Qi Zhang, Fredrik Wallin, Jun Guo, “A Comprehensive Review of Smart Energy Meters in Intelligent Energy Networks”, IEEE Internet Of Things Journal, Vol. 3, No. 4, August 2016
[2] Mark Venables, “Smart Meters Make Smart Consumers”, Engineering & Technology, Vol. 2, Issue:4, April 2007
[3] Sara Cleemput, Mustafa A. Mustafa, Bart Preneel, “High Assurance Smart Metering”, 2016 IEEE 17th International Symposium on High Assurance Systems Engineering
[4] A. Pasdar, S. Mirzakuchaki, “A Solution to Remote Detecting of Illegal Electricity Usage Based on Smart Metering”, 2007 2nd International Workshop on Soft Computing Applications, 163-167
[5] Hassan Farhangi, “The Path of the Smart Grid”, IEEE Power and Energy Magazine 2010, Volume:8, Issue:1
[6] http://www.flowenergy.uk.com/smart-meters
[7] http://w3.siemens.com/smartgrid/global/en/products-systems-solutions/smart-metering/components/pages/smart-meters.aspx
[8] Soma Shekara Sreenadh Reddy Depuru, Lingfeng Wang, Vijay Devabhaktuni, Nikhil Gudi, “Smart Meters for Power Grid – Challenges, Issues, Advantages and Status”, Power Systems Conference and Exposition (PSCE), 2011 IEEE/PES
[9] http://www.abb.com/cawp/seitp202/fe179f3137a36071c125759e002bb772.aspx
[10] http://www.iec.ch/smartgrid/background/explained.htm