Yenilenebilir ve Nükleer Gücün Elektrik Şebekesi – Prof. Dr. Haluk UTKU

semaver

Active member
Yenilenebilir ve Nükleer Gücün Elektrik Şebekesi – Prof. Dr. Haluk UTKU 2019 yılı bilgilerine göre elektrik gücü üretimimizin yüzde 57-58 kadarı termik santrallardan sağlanmaktadır. Bu ölçüsü yaklaşık yüzde 29’luk katkıyla hidrolik, yüzde 13’le de jeotermal, rüzgâr ve güneş santralları takip etmektedir. Yüzde 13’lük dilimin yaklaşık %70’i rüzgâr santrallarından gelen katkıdır. Birinci ünitesinin 2023 yılında devreye girmesi planlanan Akkuyu’daki dört ünitelik “nükleer güç santralı” (NGS), toplam 4500-4800 Megawatt elektrik (MWe) gücü ile ileride Türkiye’nin elektrik gücü üretimi listesine dahil olacaktır.

Güç üretim çeşitliliğine sahip elektrik şebekemiz bağlamında ele alacağımız mevzu, yenilenebilir güç katkısının gitgide artan oranlarda hisse sahibi olduğu elektrik üretim ve dağıtım ağına dahil olan NGS’lerin bu yapılanma içerisinde nasıl bir etkileşim içerisinde olacağı üzerinedir. Bu etkileşimi iki ana başlıkta kıymetlendirebiliriz.

TAM GÜÇTE ÇALIŞTIRILMALI

1. NGS’lerin maliyet hesapları onların yıl boyunca tam güçte çalışacakları kabulü üzerinedir.

NGS’ler, günlük elektrik gücü gereksinimine tam güçte çalışarak katkı sağlamak üzere kurulurlar ve işletilirler. Daha açık bir halde tabir etmek gerekirse yatırım maliyeti oldukça yüksek olan NGS’lerin işletme maliyetleri düşük olduğundan, toplam maliyeti en aza indirmenin yegâne yöntemi onları yıl içerisinde tam güçte çalıştırmaktan geçer.

Termik, hidrolik, rüzgâr ve güneş santrallarının yıllık çalışma kapasiteleri güneş gücü üretimi için yüzde 15-19’lardan kömür santrallarında yüzde 63’lere kadar değişim gösterirken, nükleer santrallar bir yılın yaklaşık 330 günü devrede kalarak yüzde 90 oranında kapasite çarpanına ulaşır.

YÜK TAKİBİ

İnançlı çalışmasını gerektiren maliyet artırıcı tedbir zorunluluklarına rağmen işin iktisadı bakımından NGS’leri hala tercih edilir kılan da bu yönleridir. Ek olarak nükleer santral, güç üretirken göreceli olarak neredeyse hiç karbon gazı üretmediği için karbon gazı pazarına dahil olduğunda elektrik üretim maliyeti biraz daha düşer. Lakin bir ülkede NGS’leri yıl boyunca tam güçte çalıştırabilmek, öncelikle toplam güç üretimindeki hissesi nispeten küçük ise geçerlidir ve sadece ek güvenlik önlemleri gerektiren kaidelerde yahut şebeke işleticilerinin şebeke frekansını düzenleme ihtiyaçları söz konusu olduğunda değişir.

Başka yandan ulusal elektrik gücü kaynağı çeşidinde nükleer gücün hissesi kıymetli hale gelirse yahut rüzgâr santralları üzere yenilenebilir gücün, güç çeşitlemesi içerisindeki hissesinin önemli oranda artması durumunda, elektrik arzını günlük yahut mevsimlik olarak uyarlayabilmek için NGS işleticilerinin yük takibi programlarını uygulamaya koymaları gereği doğacaktır.

Yük takibi, tam güçte çalışmakta olan santralın muhakkak bir vakit diliminde gücünü kısmi bir düzeye düşürerek çalışması ve tekrar tam güce dönmesidir. Rüzgâr ve güneş santrallarının gün içerisinde ve mevsime göre güç üretimleri rastgelelik arz eder ve kesintilidir. Her ne vakit mümkünse güç üretmeli ve ürettikleri enerjiyi şebekeye aktarmalıdırlar. Devrede oldukları süre içerisinde şebekeye güç sağlayan doğalgaz, kömür, hidrolik yahut nükleer santralları yük takibi programlarını işletmeye almak durumunda kalabilirler.

Bu durumdan en çok etkilenecek olan ise üstda değindiğimiz üzere yılın 330 günü tam güçte devrede olabilen NGS’ler olacaktır. Her ne kadar NGS’lerin inançlı çalışmasına yönelik mühendislik hesapları yük takibi programlarını da göz önüne alarak yapılsa da yıl boyunca tam yükte çalıştırılmamaları bakım tamirat masraflarında artış dahil toplam işletme maliyetlerini artıracaktır.

ŞEBEKE FREKANSI

2. Elektrik şebekesindeki frekans değişimi, olması gereken bedelden gereğince uzun süre arkaı-eksi makul bir ölçü sapma gösterirse NGS şebekeden kendini ayırmak zorundadır.

NGS’ler açısından asıl risk oluşturma ihtimali olan şebekedeki yük talebinde ani ve çok hızlı büyük değişimlerin yaşanabilme ihtimalidir. Şebeke işeticisi, talebin ani değişimine bir önlem olarak şebeke frekansında bu çeşit değişimleri denetim altında tutmak maksadı ile sisteme her an dahil olmaya hazır rezerv kapasite fiyat. Öncü (primer) frekans denetimi olarak isimlendirilen yöntemde elektrik üretim tesislerinin kimileri, konseyi güçlerinin yüzde 1 yahut biraz daha fazlasını etkin güç rezerv kapasitesi olarak ayırmışlardır ve saniyeler içerisinde devreye sokmak durumundadırlar.

Tüm sistemde hazır tutulan rezervin güç üretim suratı, her halükârda şebeke frekansının değişim suratından yavaş seyredeceğinden, örneğin frekans düşmeye başladığında rezerv kapasitesine karşı gelen tutulabileceği bir alt pahaya kadar düşmeye devam edecektir. Şebeke frekansı değiştiğinde, nükleer santral bunu şebekedeki yük ölçüsünde değişim olarak algılar ve türbin sistemi ile reaktör kalbi soğutucu pompalarının bu durumdan etkilenmemesi için bir dizi güvenlik denetim sistemini tetiklemesi gerekir.

GÜVENCE ALTINA ALINMALI

Rüzgâr epey ani ve süratli değişim gösteren bir güç üretim deposudur. Farklı çeşitlerden güç üreten ve birbirleriyle etkileşim içerisinde olan bir ağda, bir bölgeden başkasına geçişlerde frekans senkronizasyonunu teminat altına alacak sistemlere ihtiyaç vardır. Şebeke bölgeleri içindeki ahenk, örneğin Türkiye ile AB içinde, “alternatif akım” (AA) senkronizasyonuyla yapılabilmektedir.

Van’da Gürcistan ve İran’la olan irtibat için ise “yüksek voltaj gerçek akım” (YVDA) senkronizasyonu söz konusudur ki nükleer santralların şebekeye irtibatında da tercih edilen, YVDA yahut birebir fonksiyonu gören “değişken frekans dönüştürücü” temastır. Birbirleri ile irtibatlı bölgesel şebekelerde, risk teşkil edebilecek ve sorunun yayılmasına niye olabilecek küçük frekans dalgalanmalarına karşı AA senkronize ilişkinin direnci tartışmalıdır. Bu niçinle şebekedeki ani yük kayıplarının yahut şebeke frekansında yüksek oranda mümkün ani değişimlerin NGS’yi etkilememesi için santralın şebekeye ilişkisi frekans senkronizasyonu bakımından güvence altına alınmalıdır.

PROF. DR. HALUK UTKU

HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ NÜKLEER BİLİMLER ENSTİTÜSÜ