Enerji İletim Sistemlerinde HVDC Teknolojilerine Neden İhtiyaç Duyulur

Alternatif akım sistemlerinde kullanılabilen trafolar sayesinde yüksek güçlerde ve yalıtım seviyelerinde gerilim dönüşümü yapmak mümkün hale gelmiştir. Bakım gereksinimlerinin az olması ve kayıplarının da düşük olması trafolar için önemli bir avantaj olmuştur. Bununla beraber alternatif akımlarda enerji üretmek için kullanılan senkron generatörlerin dc generatörlere göre üstün özelliklere sahip olmaları ac sistemlerin enerji üretiminde tercih edilmelerine neden olmuştur.

Yüksek gerilim AC iletim sistemlerinin DC sistemlere göre bazı dezavantajları bulunmaktadır:

► Havai hat ve kablolardaki endüktif ve kapasitif etkiler nedeni ile ac iletim kapasitesi ve mesafesi sınırlıdır.
► Güç, frekans ve kayıplara bağlı olarak ac kablo ile enerji iletimi 40 km ile 100 km arasında ekonomik olabilmektedir. Bu mesafe ayrıca kablolara özgü kapasitif şarj akımları ile de sınırlanmaktadır.
► Farklı frekans değerlerine sahip iki ayrı ac sistemin direkt olarak birbirlerine bağlanması mümkün değildir.
► Sistem stabilitesini arttırmak, kısadevre güçlerini sınırlandırmak ve yük akış yönünü kontrol edebilmek ac sistemlere nazaran dc sistemlerde daha etkin bir biçimde gerçekleştirilebilmektedir.

Bu sebeplerden ötürü DC sistemler AC iletim şebekelerinde tamamlayıcı vazife görmesi bakımından tercih edilmektedir. Bununla birlikte aşağıdaki teknik gerekçeler nedeni ile DC iletim hatları tesis edilebilmektedir;



► Farklı frekans değerlerine sahip ac şebekeler veya herhangi bir nedenden ötürü senkronlanamayan şebekelerin birbirine bağlanması söz konusu olduğunda dc iletim hatları ile bu mümkün olabilmektedir.
► AC sistemlere özgü olan endüktif ve kapasitif etkiler dc hatlarla iletilebilecek maksimum mesafeyi ve iletilebilecek maksimum gücü sınırlamazlar. DC iletim hatlarında “deri etkisi” söz konusu olmadığından iletken kesitinin tümü akım taşıma esnasında kullanılabilmektedir. 40 km’nin üzerindeki uzun kablo hatlarında yüksek oranda kapasitif şarj akımları oluşması nedeni ile HVDC sistemleri en uygun teknik çözüm olacaktır. Özellikle uzun denizaltı kablolarında veya büyük şehirlerdeki bazı gereklilikler nedeni ile dc iletim hatları tercih edilmektedir.
► Aktif güç akış kontrolünün hızlı ve güvenilir bir şekilde yapılabilmesine olanak veren dijital kontrol sistemlerine sahip olması bakımından HVDC sistemler tercih edilebilmektedir.
► Bir AC sistemde oluşabilecek güç salınımının diğer ac sisteme de taşınmasını engellemek amacı ile arada HVDC istasyonları kullanılabilmekte ve bu sayede sistem stabilitesi korunabilmektedir.

HVAC veya HVDC yatırımlarına karar vermeden önce ekonomik bir takım nedenler göz önünde bulundurulmaktadır. Bunlardan bazılarını sıralayacak olursak:

► Tesis edilecek istasyonun maliyeti açısından AC ve DC karşılaştırması
► Tesis edilecek iletim hatlarının maliyeti açısından AC ve DC karşılaştırması
► Enerji kayıplarının maliyeti açısından AC ve DC karşılaştırması
 

Şekil 1: Toplam maliyetler / iletim mesafesi

Şekil 1’de görüleceği üzere kilometre başına iletim hattının maliyeti DC sistemlerde AC sistemlere nazaran daha ekonomik olmaktadır. Bununla birlikte uzun ac hatlarda reaktif güç kompanzasyonu için ara istasyonların tesis edilmesi gerektiği de düşünülmelidir. Ancak AC istasyonlar ilk yatırım maliyeti açısından dc istasyonlara göre daha düşük maliyetlerde gerçekleştirilebilmektedir.

Ülkeye özgü maliyet bileşenleri, faiz oranları, kayıpların maliyeti ve istimlak şartları gibi farklı değişkenlere bağlı olmakla birlikte 500 km ila 800 km aralığındaki mesafelere kadar AC sistemlerin daha ekonomik olabileceği, ancak bu mesafelerin üzerinde bir iletim sistemi söz konusu olduğunda dc sistemlerin tercih edilmesi gerektiği söylenebilir. Transfer edilmek istenen gücün büyüklüğü de AC veya DC iletim hattı tercihinde önemli rol oynamaktadır. Sonuç olarak çok büyük güçlerin uzun mesafelere transfer edilmesi gerektiğinde dc iletim hatlarının kullanılması daha doğru bir tercih olacaktır.
 

►İlginizi Çekebilir: HVDC Nedir? Avantajları ve Dezavantajları

Kısa devre akımlarına katkısı bakımından ele alındığında mevcut bir sisteme ilave bir ac hat bağlantısı yapmak tesisin kısa devre gücünü arttıracaktır. Bu da mevcut şalt ekipmanlarının boyutlandırıldığı kapasite değerlerine olumsuz yönde etki edebilir. Kısa devre gücünü arttırmadan veya çok az bir etki ile mevcut bir tesise ilave hat bağlantısı yapılması gerekirse yine tercih dc sistemden yana olacaktır.

Çevresel etkileri açısından değerlendirdiğimizde HVDC iletim sistemlerinin HVAC iletim sistemlerine göre daha çevre dostu olduğunu söyleyebiliriz. Gelişmiş iletim kontrol özellikleri sayesinde HVDC sistemleri mevcut enerji santrallerinin daha verimli işletilmesine katkıda bulunmaktadır. Arazi kullanımı ve istimlak maliyetleri açısından konuyu ele aldığımızda HVDC iletim hatlarının HVAC iletim hatlarına göre daha ekonomik bir çözüm olduğu görülmektedir. Mevcut güzergahlar kullanılarak daha fazla güç transfer edilebilmesi ve görsel etkiler nedeni ile de HVDC iletim sistemleri ön plana çıkmaktadır. Şekil 2’de AC ve DC iletim hatlarının çift devre direk tipleri açısından bir karşılaştırması yapılmıştır. 1000 MW kapasiteli bir iletim için DC hatların çok daha az yer kapladığı görülmektedir.

Şekil 2: Yaklaşık 1000 MW’lık bir iletim için AC ve DC direk karşılaştırması

Gürültü seviyesi, görsel etki ve elektromanyetik özellikler açısından HVDC sistemlerin daha çevre dostu olduğu kabul edilmekle birlikte toprak dönüş hattı olarak yeryüzü veya deniz suyu kullanılan HVDC düzenlerinde civardaki metalik yapıların hesaba katılması oldukça önem arzetmektedir.


Özgür Yılmaz,
Teknik Proje Yöneticisi Enerji Yönetimi İletim Çözümleri