Mikro şebeke, enerji üretim kaynaklarını, enerji depolama birimlerini ve tüketicileri bir araya getiren, merkezi elektrik şebekesinden bağımsız veya onunla entegre şekilde çalışabilen, küçük ölçekli elektrik sistemidir. Bu sistemler genellikle yenilenebilir enerji kaynaklarına (örneğin güneş, rüzgar) dayalı olarak, daha esnek, güvenilir ve çevre dostu bir enerji altyapısı sunmayı amaçlar.

Mikro Şebeke Kavramının Evrimi

Mikro şebeke kavramı, artan enerji talebi, iklim değişikliği ile mücadele ve enerji arz güvenliği kaygıları çerçevesinde gündeme gelmiş, 2000'li yılların başından itibaren enerji sektöründe önemli bir yenilik olarak değerlendirilmiştir. Geleneksel merkezi şebekelerin bazı durumlarda yetersiz kalması (örneğin doğal afetler, yoğun tüketim dönemleri) veya kırsal bölgelerde altyapı eksikliği gibi nedenler, daha esnek, yerel ve kontrol edilebilir bir yapı arayışını tetiklemiştir.

Mikro şebekeler; bir kampüs, sanayi tesisi, üniversite yerleşkesi, hastane gibi belirli bir alanda enerji arz ve talebini yöneten sistemler olarak da tanımlanabilir. Bu sistemlerde genellikle birden fazla enerji kaynağı birlikte çalışır. Bu kaynaklar arasında; fotovoltaik paneller, rüzgar türbinleri, mikro türbinler, yakıt hücreleri, dizel jeneratörler ve enerji depolama sistemleri yer alabilir.

Mikro Şebeke Bileşenleri

Mikro şebeke yapısı aşağıdaki temel bileşenlerden oluşur:

• Dağıtılmış Enerji Kaynakları (DER): Mikro şebekenin enerji üretim kısmını oluşturur. Bu kaynaklar genellikle yenilenebilir olup, sistemin çevresel etkisini minimize eder.
• Enerji Depolama Sistemleri: Güneş ve rüzgar gibi değişken üretim kaynaklarının neden olduğu belirsizlikleri dengelemek, talep fazlası enerjiyi depolamak ve acil durumlarda yedek enerji sağlamak amacıyla kullanılır.
• Yükler (Tüketici birimleri): Şebekeden enerji çeken cihazlar, makineler veya binalardır. Akıllı yük yönetimi sayesinde sistem verimliliği artırılır.
• Enerji Yönetim Sistemi (EMS): Enerji akışını, üretim-tüketim dengesini, depolama ve talep tarafı katılımını koordine eden yazılımsal birimlerdir.

Bu bileşenler bir araya geldiğinde mikro şebeke, hem bağlı olduğu ana şebekeye enerji verebilecek, hem de ondan tamamen ayrılarak ada modunda (island mode) bağımsız çalışabilecek yetkinlik kazanır.

Mikro Şebekelerin Çalışma Modları

Mikro şebekeler temel olarak iki farklı modda çalışabilir:

Şebeke ile Bağlı Mod (Grid-Connected)

Bu modda mikro şebeke merkezi enerji şebekesi ile bağlantı hâlindedir. Enerji fazlası ana şebekeye verilebilir ya da ihtiyaç hâlinde ana şebekeden enerji çekilebilir. Bu yapı, sistemin ekonomik verimliliğini ve arz güvenliğini artırır.

Ada Modu (Islanded Mode)

Şebekeden bağımsız olarak çalıştığı durumdur. Elektrik kesintisi gibi durumlarda mikro şebeke, bağlı olduğu bölgenin enerji ihtiyacını kendi kaynaklarıyla karşılamaya devam edebilir. Bu mod, özellikle afet yönetimi, kritik altyapılar (hastane, veri merkezi vb.) açısından önemlidir.

Enerji Depolama Sistemlerinin Rolü

Mikro şebekelerde enerji depolama sistemleri (EDS), sistemin sürekliliği, esnekliği ve kararlılığı açısından kilit önemdedir. Güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir kaynakların üretimindeki dalgalanmalar, depolama sistemleri sayesinde dengelenir. Enerji depolama ayrıca, enerji arz-talep dengesinin sağlanmasına, frekans kontrolüne ve acil durumlarda yedekleme hizmeti sunulmasına katkı sağlar.

Litiyum-iyon piller, kurşun-asit piller, akış pilleri ve süperkapasitörler mikro şebekelerde sıkça kullanılan EDS türlerindendir. Ayrıca, talep tarafı katılımı ile birlikte çalışan akıllı depolama sistemleri, enerji yönetiminde ileri düzey çözümler sunar.

^{Mikro şebeke yapısı - (Dergipark)}

Mikro Şebeke Türleri

Mikro şebekeler kullanım amacı, ölçek ve bağlantı şekline göre çeşitli türlere ayrılabilir:

• Ticari Mikro Şebekeler: Sanayi tesisleri, AVM’ler, kampüsler gibi büyük enerji tüketicilerine hizmet verir.
• Kırsal Mikro Şebekeler: Şebeke bağlantısının zor veya ekonomik olmadığı yerlerde kurulur. Özellikle gelişmekte olan ülkelerde enerjiye erişimi artırmak için kullanılır.
• Askerî Mikro Şebekeler: Kritik öneme sahip askeri üs ve tesislerde, operasyonel süreklilik sağlamak amacıyla kurulur.
• Topluluk Mikro Şebekeleri: Yerel halkın enerji üretimi ve tüketiminde söz sahibi olduğu, genellikle kooperatif yapıda işleyen sistemlerdir.

Mikro Şebeke Tasarımı ve Optimizasyonu

Mikro şebeke tasarımında şu unsurlar dikkate alınmalıdır:

• Kaynak seçimi: Bölgeye en uygun üretim kaynağı belirlenmelidir (güneş potansiyeli yüksekse PV sistemler gibi).
• Depolama kapasitesi: Enerji dengesini sağlamak için yeterli kapasite seçilmelidir.
• Yük profili analizi: Tüketici davranışları detaylıca analiz edilerek şebekenin çalışma senaryoları oluşturulmalıdır.
• Maliyet analizi ve yatırım planlaması: Ekonomik sürdürülebilirlik için doğru maliyet öngörüsü yapılmalıdır.

Optimizasyon problemleri genellikle doğrusal olmayan matematiksel modellerle ele alınır. Bu kapsamda, karma tamsayılı programlama, genetik algoritmalar ve parçacık sürü optimizasyonu gibi yöntemler yaygın şekilde kullanılır.

Mikro Şebekelerin Avantajları

Mikro şebekeler, enerji sistemlerine birçok avantaj sağlar:

• Enerji güvenliği: Şebeke arızalarına karşı yedeklilik sunar.
• Çevresel sürdürülebilirlik: Yenilenebilir kaynakların kullanımıyla karbon salımı azalır.
• Ekonomik verimlilik: Enerji maliyetleri düşer, şebeke kayıpları minimize edilir.
• Esneklik ve kontrol: Kullanıcıların kendi enerjisini üretip yönetmesine olanak tanır⁴.

Karşılaşılan Zorluklar

Mikro şebekelerin yaygınlaşması bazı teknik ve yönetsel zorlukları da beraberinde getirir:

• Yüksek başlangıç maliyetleri: Özellikle enerji depolama sistemleri pahalıdır.
• İşletme karmaşıklığı: Enerji akışlarının sürekli ve doğru şekilde yönetilmesi gerekir.
• Standart eksikliği: Mikro şebekelerin tasarımı ve yönetimi için henüz evrensel standartlar oturmamıştır.
• Regülasyon ve mevzuat boşlukları: Mevcut enerji düzenlemeleri, merkezi şebekeye göre tasarlandığı için mikro şebekeleri sınırlayabilir.

Türkiye’de Mikro Şebeke Uygulamaları

Türkiye’de mikro şebeke kavramı son yıllarda özellikle üniversiteler ve organize sanayi bölgeleri aracılığıyla tanınmaya başlamıştır. Tübitak destekli projeler, üniversite kampüslerinde kurulan örnek uygulamalar ve özel sektör girişimleri, mikro şebekelerin yerel düzeyde gelişmesini teşvik etmektedir.

Ayrıca, Türkiye'nin 2023 Ulusal Enerji Verimliliği Eylem Planı ve YEKA (Yenilenebilir Enerji Kaynak Alanları) gibi stratejik belgelerde, dağıtık üretim ve mikro şebeke yapıları dolaylı olarak desteklenmektedir.